為什么要用球形石墨？

負(fù)極材料是鋰離子電池的核心材料之一，決定了鋰離子電池的倍率性能，并影響首次充放電效率和電池循環(huán)穩(wěn)定性能。天然石墨負(fù)極材料是天然鱗片石墨經(jīng)過粉碎、球化、分級、純化、表面改性等工序處理制得的，具有價格便宜、儲蓄量大、安全無毒、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。

其中，球形石墨具有良好的導(dǎo)電性、結(jié)晶度高、成本低等優(yōu)勢，以及充放電電位低且平坦、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，已逐漸成為鋰離子電池生產(chǎn)用負(fù)極材料的換代產(chǎn)品。目前，我國已成功的應(yīng)用天然鱗片石墨原料開發(fā)以適應(yīng)鋰離子電池生產(chǎn)的負(fù)極材料，即球形石墨的改性產(chǎn)品，所以鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入了一個嶄新的時代。

為什么要用球形石墨？

天然石墨導(dǎo)電性好、結(jié)晶度高、具有良好的層狀結(jié)構(gòu)，是目前鋰離子電池應(yīng)用最多的負(fù)極材料。石墨負(fù)極一般采用天然鱗片石墨，但存在以下幾個缺點(diǎn)：

①鱗片石墨粉具有較大的比表面積，對負(fù)極的首次充放電效率有較大影響；

②石墨的片層結(jié)構(gòu)決定了Li⁺只能從材料端面嵌入，并逐漸擴(kuò)散入顆粒內(nèi)部，由于鱗片石墨的各向異性，Li⁺擴(kuò)散路徑較長且不均勻，導(dǎo)致其比容量較低；

③石墨的層間距較小，增加了Li⁺的擴(kuò)散阻力，且倍率性能較差，快速充電時Li⁺易在石墨表面沉積形成鋰枝晶，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。

為解決以上問題，需要對石墨進(jìn)行改性，優(yōu)化負(fù)極材料的性能，目前主要改性方法之一就是球形化處理。球形化的天然石墨材料具有較小的比表面積，更高的振實(shí)密度，從而具有更高的首次庫倫效率，更高的可逆充放電容量及更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

怎么得到球形石墨？

球形石墨一般是以優(yōu)質(zhì)高碳天然鱗片石墨為原料、采用先進(jìn)加工工藝對石墨表面進(jìn)行改性處理，生產(chǎn)的不同細(xì)度，形似橢圓球形的石墨產(chǎn)品。

球形石墨加工方式就是把天然鱗片石墨粉通過機(jī)械設(shè)備蜂巢磨粉碎成適宜的粒度，然后再使用蜂巢磨的空氣壓進(jìn)行去棱角化的加工處理，使之最終形成橢球形或類球形的外形，同時利用分級裝置將球形顆粒與去棱角化過程中剝離下來的細(xì)粉分離開來，便可得到正態(tài)分布的球形石墨。

除了使用天然鱗片石墨為原料制備球形石墨外，國內(nèi)也有研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了人造球形石墨。例如，方大炭素研發(fā)團(tuán)隊(duì)以清潔化處理的石墨電極切削粉為原料，利用國內(nèi)外首創(chuàng)的液相濕法加壓涂層次造粒技術(shù)和箱式炭化爐炭化沉積改性技術(shù)，開發(fā)出低成本高品質(zhì)環(huán)境友好型人造球形石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)工藝，制備出核殼結(jié)構(gòu)的人造球形石墨負(fù)極材料，產(chǎn)品符合國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

國內(nèi)球形石墨企業(yè)

1.中國石墨集團(tuán)有限公司

中國石墨集團(tuán)有限公司成立于2021年2月，集團(tuán)已形成石墨采選深全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品生產(chǎn)格局，是集研發(fā)、生產(chǎn)和銷售為一體石墨制品加工制造企業(yè)。集團(tuán)先后與黑龍江科技大學(xué)、北京礦冶科技集團(tuán)有限公司等國內(nèi)院校及科研院所開展合作，研發(fā)天然石墨鋰離子電池負(fù)極材料新產(chǎn)品，延長石墨產(chǎn)業(yè)鏈條。

集團(tuán)下轄黑龍江省寶泉嶺農(nóng)墾溢祥新能源材料有限公司現(xiàn)已形成年產(chǎn)10000噸球形石墨生產(chǎn)線，先后獲評“高新技術(shù)企業(yè)”、省級“專精特新”企業(yè)、省級“企業(yè)技術(shù)中心”，溢祥新能源更是榮獲專精特新“小巨人”企業(yè)稱號和省工程技術(shù)研究中心。目前，集團(tuán)已獲授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)，實(shí)用新型專利85項(xiàng)。自主研發(fā)的SG10-TD、SG9-TD等產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)球形石墨產(chǎn)品小顆粒領(lǐng)域的空白。

2.黑龍江哈工石墨科技有限公司

黑龍江哈工石墨科技有限公司成立于2017年9月，是一家集天然石墨采礦、選礦、可膨脹石墨、高純球形石墨、負(fù)極材料等深加工為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈條，國家高新技術(shù)企業(yè)。公司主營產(chǎn)品有：石墨礦石、鱗片石墨、高純石墨、球形石墨、可膨脹石墨、石墨紙等。

其子公司哈工新能源—擁有10條球形生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了3.2萬噸/年的球形石墨；擁有2條高純石墨生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了2萬噸/年的高純石墨。計劃2024年底，提純產(chǎn)能再增加3萬噸，達(dá)到5萬噸提純產(chǎn)能。

3.青島洛唯新材料有限公司

青島洛唯新材料有限公司（簡稱：青島洛唯）由碳一新能源集團(tuán)有限責(zé)任公司與中國寶安集團(tuán)下屬子公司—貝特瑞新材料集團(tuán)股份有限公司共同組建而成，是一家專業(yè)從事石墨提純及高端碳材料研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的現(xiàn)代化企業(yè)。公司成立于2018年6月，2019年4月開始基礎(chǔ)建設(shè)，2020年7月投入試產(chǎn)。主要產(chǎn)品有高純鱗片石墨、天然高純球形石墨、高端堿性鋅錳電池專用多孔石墨、鉛酸電池粉、導(dǎo)電劑、增碳劑、高純可膨脹石墨、石墨烯及散熱材料等。

2021年青島洛唯利用雙鴨山中雙石墨的原料優(yōu)勢，合資成立黑龍江省墨礫新型材料有限責(zé)任公司。墨礫一期18條球形生產(chǎn)線已投產(chǎn)，產(chǎn)能達(dá)7.5萬噸/年；墨礫二期項(xiàng)目設(shè)計產(chǎn)能7.5萬噸，共計年球化產(chǎn)能達(dá)15萬噸。公司自投產(chǎn)以來，先后通過了“專精特新”企業(yè)認(rèn)證、天然石墨行業(yè)突出貢獻(xiàn)獎。公司正逐步打造石墨產(chǎn)業(yè)完整鏈條，計劃未來五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)上市。

4.青島海達(dá)石墨有限公司

青島海達(dá)石墨有限公司成立于1993年，位于山東省青島市平度區(qū)，主要生產(chǎn)天然鱗片石墨。發(fā)展至今，海達(dá)石墨成立多個生產(chǎn)型子公司，衍生了十幾個產(chǎn)品系列及數(shù)百款產(chǎn)品，石墨產(chǎn)品總產(chǎn)能近60萬噸。

其中青島海達(dá)，鱗片石墨年生產(chǎn)能力為15萬噸；蘿北鑫隆源，鱗片石墨產(chǎn)能為10萬噸，球形石墨產(chǎn)能為2萬噸；蘿北泰東德，鱗片石墨年產(chǎn)4萬噸，球形石墨年產(chǎn)5萬噸，負(fù)極材料年產(chǎn)6000噸；海達(dá)新能源，球形石墨、堿性電池粉、超細(xì)石墨粉、金剛石純化石墨粉，年生產(chǎn)能力25000噸；黑龍江海達(dá)，石墨化產(chǎn)品產(chǎn)能約為20000噸/年，反應(yīng)釜產(chǎn)品產(chǎn)能約為20000噸/年；海達(dá)景瑞石墨，年產(chǎn)量4000噸鉛筆芯。

5.廣東東島新能源股份有限公司

廣東東島新能源股份有限公司（簡稱：東島新能源）成立于2011年6月，是一家集基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的國家級高新技術(shù)企業(yè)。公司主要產(chǎn)品包括人造石墨、天然石墨、硅碳負(fù)極、增碳劑等。

東島新能源率先研發(fā)出鋰電池關(guān)鍵材料“球形石墨”并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、自動化生產(chǎn)，為國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)作出了開拓性的貢獻(xiàn)。公司還是國家標(biāo)準(zhǔn)《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《球形石墨》的主要起草單位之一。

參考來源：

袁恒.球形石墨的提純及改性包覆技術(shù)研究

石墨球形化工藝進(jìn)展及設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀分析.粉體網(wǎng)

各企業(yè)官網(wǎng)、官微等

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