石墨

石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前 后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商 业化锂离子电池负极材料。
石墨的嵌锂机理
石墨导电性好，结晶程度高，具有良好的层状结构，十分适合锂离 子的反复嵌入-脱嵌。锂离子嵌入石墨层间后，形成嵌锂化合LixC6 （0≤x≤1），理论容量可达372mAh/g（x=1），反应式为：xLi++ 6C+xe-→LixC6 锂离子嵌入使石墨层与层之间的堆积方式由ABAB变为AAAA，如 下图所示。
石墨与锂离子电池
石墨质软、有滑腻感，是一种非金属 矿物质，具有耐高温、耐氧化、抗腐 蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润 滑强度高、导热、导电性能强等特有 的物理、化学性能。 英文名称：graphite 分子式：C
用途广泛
石墨具有许多优良的性能，因而在冶金、机械、电气、化工、纺 织、国防等工业部门获得广泛应用，比如石墨模具、石墨电极、 石墨耐火材料、石墨润滑材料、石墨密封材料等。
锂离子电池是指以两种不同的能够 可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化 合物分别作为电池正极和负极的二 次电池体系。充电时，锂离子从正 极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入 到负极中；放电时则相反，锂离子 从负极脱嵌，通过电解质和隔膜， 嵌入到正极中。 锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状 胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。
结构
石墨属于六方晶系，其晶体是由碳原子组成的六角网状平面规则堆砌 而成，具有层状结构。在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子 以sp2杂化轨道与三个相邻的碳原子以共价键结合，剩下的P轨道上电 子形成离域π键。
石墨存在两种晶体结构：六方形结构和菱形结构，六方形结构为 ABABAB…堆积模型、菱形结构为ABCABCABC…堆积模型，如 下图所示：（a）为六方形结构，（b）为菱形结构。
其它负极材料
石墨是目前主流的商业化锂电负极材料，但由于石墨本身结构特性的制 约，石墨负极材料的发展也遇到了瓶颈，比如比容量已经到达极限、不 能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力等。因此业界也开始 把目光投向非石墨类材料，比如硬碳和其它非碳材料（氧化锡、硅碳合 金、钛酸锂等）。
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石墨的改性处理
由于石墨层间距（d002≤0.34nm）小于石墨嵌锂化合物LixC6的晶面层间 距（0.37nm），致使在充放电过程中，石墨层间距改变，易造成石墨 层剥落、粉化，还会发生锂离子与有机溶剂分子共同嵌入石墨层及有 机溶剂分解，进而影响电池循环性能。 通过石墨改性，如在石墨表面氧化、包覆聚合物热解炭，形成具有核壳结Hale Waihona Puke Baidu的复合石墨，可以改善石墨的充放电性能，提高比容量。
储量丰富
我国是世界上石墨储量最丰富的国家，也是第一生产大国和出口 大国，在世界石墨行业中占有重要地位。据我国国土资源部统计 资料显示，我国晶质石墨储量3085万吨，基础储量5280万吨；隐 晶质石墨储量1358万吨，基础储量2371万吨，中国石墨储量占世 界的70%以上。
分类
天然石墨可以分为晶质石墨和微晶石墨两类。晶质石墨结晶较好，是 含碳质的岩石经长期地质作用变质的矿物，呈明显的片状或板状，又 称鳞片石墨；微晶石墨一般呈微晶集合体，是煤变质矿物，也称无定 形石墨、土状石墨、隐晶石墨。 除天然石墨之外还有人造石墨，人造石墨是一种用炭素材料（如石油 焦、沥青焦、针状焦）为原料经热干馏加工而成。
碳碳双键组成六方形结构，构成一个平面（墨平面），这些墨平面 相互堆积起来，就成为石墨晶体。石墨晶体的参数主要有La、Lc和 d002，La为石墨晶体沿a轴方向的平均大小，Lc为墨平面沿与其垂直 的c轴方向进行堆积的厚度，d002为墨平面之间的距离。 完整石墨晶体的一些结构参数
石墨作为锂离子电池负极材料