近幾年,下游新能源汽車(chē)市場(chǎng)的繁榮拉動(dòng)了鋰離子電池需求的增長(zhǎng),負(fù)極材料作為鋰離子電池的四大關(guān)鍵材料之一,也迎來(lái)了更廣闊的市場(chǎng)。而在負(fù)極材料中石墨類(lèi)碳材料占據(jù)最主要市場(chǎng)。
天然石墨負(fù)極VS人造石墨負(fù)極
石墨負(fù)極材料分為人造石墨和天然石墨,二者結(jié)構(gòu)相近,物理化學(xué)性質(zhì)相同,但在實(shí)際應(yīng)用中有較大差異,那么天然石墨和人造石墨究竟誰(shuí)是鋰離子電池的寵兒?
定義
(1)天然石墨
石墨屬?gòu)?fù)六方雙錐晶類(lèi),呈六方板狀晶體,常見(jiàn)單形有平行雙面、六方雙錐、六方柱,但完好晶形少見(jiàn),一般呈鱗片狀或板狀,集合體呈致密塊狀、土狀或球狀。
天然石墨的種類(lèi)較多,根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同,工業(yè)上將天然石墨分為致密結(jié)晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨三類(lèi)。我國(guó)主要有鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨兩大類(lèi)。天然石墨負(fù)極材料一般采用采用天然鱗片晶質(zhì)石墨為原料。
(2)人造石墨
一切通過(guò)有機(jī)炭化再經(jīng)過(guò)石墨化高溫處理得到的石墨材料均可稱(chēng)為人造石墨,狹義上的人造石墨通常指以雜質(zhì)含量較低的炭質(zhì)原料為骨料、煤瀝青等為粘結(jié)劑,經(jīng)過(guò)配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的塊狀固體材料。
人造石墨的骨料分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類(lèi)。其中煤系針狀焦以及石油焦應(yīng)用最廣:一般來(lái)講,高比容量的負(fù)極采用針狀焦作為原材料,普通比容量的負(fù)極采用價(jià)格便宜的石油焦作為原料,瀝青作為粘結(jié)劑。
理化性質(zhì)
在理化性質(zhì)方面,天然石墨與人造石墨既有共性,也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導(dǎo)體,但對(duì)于相同純度和粒度的石墨粉體來(lái)說(shuō),天然鱗片石墨的傳熱性能和導(dǎo)電性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。兩者性能有著各自的優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。
天然石墨克容量較高、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜,但吸液及循環(huán)性能差一些;
人造石墨工藝復(fù)雜些、價(jià)格貴些,但循環(huán)及安全性能較好。
微觀(guān)形貌
從上圖中就可以看出天然石墨和人造石墨在形貌上的區(qū)別。
天然石墨大小顆粒不一,粒徑分布廣,未經(jīng)處理的天然石墨是不能作為負(fù)極材料直接使用的,需要經(jīng)過(guò)一系列的加工后才能使用。
而人造石墨在形貌以及粒徑分布上就一致多了,一般認(rèn)為,天然石墨的容量高,壓實(shí)密度高,價(jià)格也比較便宜,但是由于顆粒大小不一,表面缺陷較多,與電解液的相容性也比較好,價(jià)格也會(huì)貴一些。
生產(chǎn)制備
天然石墨負(fù)極材料是采用天然鱗片晶質(zhì)石墨,經(jīng)過(guò)粉碎、球化、分級(jí)、純化、表面等工序處理制得,其高結(jié)晶度是天然形成的。
人造石墨是將骨料和粘結(jié)劑進(jìn)行破碎、造粒、石墨化、篩分而制成;镜墓ば蛄鞒淌且恢碌。
某廠(chǎng)人造石墨制備流程
動(dòng)力電池更加寵愛(ài)人造石墨
目前市場(chǎng)上負(fù)極材料主要以人造石墨與天然石墨為主,受益于動(dòng)力電池的強(qiáng)勁需求,人造石墨以其可靠性和安全性成為了負(fù)極材料的市場(chǎng)主流。
中國(guó)負(fù)極材料市場(chǎng)結(jié)構(gòu)變動(dòng)
我國(guó)負(fù)極材料市場(chǎng)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)變化(噸)
天然石墨和人造石墨負(fù)極材料性能不同,在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)產(chǎn)生較大差別。根據(jù)最近幾年負(fù)極材料市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的變化可以看出,2013年,中國(guó)負(fù)極材料市場(chǎng)天然石墨占據(jù)主導(dǎo)。2014年以后,在負(fù)極材料市場(chǎng)的爭(zhēng)奪中,更適用于動(dòng)力電池的人造石墨市場(chǎng)占比超過(guò)天然石墨,并且逐年遞增。
預(yù)計(jì)未來(lái)幾年,受新能源汽車(chē)應(yīng)用影響,人造石墨占比將繼續(xù)上升:目前國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)鋰電池所采用的負(fù)極材料大多使用人造石墨,新能源汽車(chē)在國(guó)家政策的扶持下呈爆發(fā)式增長(zhǎng)階段,帶動(dòng)動(dòng)力電池的大幅增長(zhǎng),未來(lái)幾年動(dòng)力電池將是拉動(dòng)人造石墨產(chǎn)量大幅上升的主要引擎。