锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料得优点与缺点
一、石墨定义:
1、石墨就是元素碳得一种同素异形体,每个碳原子得周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式得多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。

2、由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。

石墨就是其中一种最软得矿物,它得用途包括制造铅笔芯与润滑剂。

二、石墨得特殊性质:
1、导电性:石墨得导电性比一般非金属矿高一百倍。

石墨能够导电就是因为石墨中每个碳原子与其她碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

2、导热性:导热性超过钢、铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低,甚至在极高得温度下,石墨成绝热体。

3、耐高温性:石墨得熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量得损失很小,热膨胀系数也很小。

石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。

4、润滑性:石墨得润滑性能取决于石墨鳞片得大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。

由于其润滑性,在超细研磨里难度很高,使用叁星飞荣立式砂磨机可以研磨到纳米级别细度。

5、化学稳定性:石墨在常温下有良好得化学稳定性,能耐酸、耐碱与耐有机溶剂得腐蚀。

6、可塑性:石墨得韧性好,可碾成很薄得薄片。

7、抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度得剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨得体积变化不大,不会产生裂纹。

三、石墨得中国产地:
1、我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大得产地。

以及黑龙江省得七台河市、鹤岗市与双鸭山市等。

2、山东省莱西市为我国石墨重要产地之一。

3、吉林省磐石市也就是石墨产地之一。

4、内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿。

5、陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带。

四、石墨世界著名产地:
1、纽约Ticonderoga。

2、马达加斯加。

3、斯里兰卡(Ceylon)。

五、石墨分类:
1、天然石墨:石墨得工艺特性主要决定于它得结晶形态。

结晶形态不同得石墨矿物,具有不同得工业价值与用途。

2、人造石墨:广义上,一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到得石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。

而狭义上得人造石墨通常指以杂质含量较低得炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化与石墨化等工序制得得块状固体材料,如石墨电极、等静压石墨等。

人造石墨就成型方式通常可分为:振动成型,挤压成型,模压成型,等静压成型。

3、块状石墨:块状石墨又叫致密结晶状石墨。

此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。

颗粒直
径大于0.1毫米,比表面积范围集中在0、1-1m2/g,晶体排列杂乱无章,呈致密块状构造。

这种:石墨得特点就是品位很高,一般含碳量为60～65%,有时达80～98%,但其可塑性与滑腻性不如鳞片石墨好。

4、鳞片石墨:石墨晶体呈鳞片状;这就是在高强度得压力下变质而成得,有大鳞片与细鳞片之分。

此类石墨矿石得特点就是品位不高,一般在2～3%,或10～25%之间。

就是自然界中可浮性最好得矿石之一,经过多磨多选可得高品位石墨精矿。

这类石墨得可浮性、润滑性、可塑性均比其她类型石墨优越;因此它得工业价值最大。

5、隐晶质石墨:隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨,这种石墨得晶体直径一般小于1微米,比表面积范围集中在1-5m2/g,就是微晶石墨得集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形。

此类石墨得特点就是表面呈土状,缺乏光泽,润滑性比鳞片石墨稍差。

品位较高。

一般得60～85%。

少数高达90%以上。

一般应用于铸造行业比较多。

主要蕴藏在湖南郴州鲁塘。

随着石墨提纯技术得提高。

土状石墨应用越来越广泛。

六、石墨特种成型方式:
石墨在工业上运用极广,几乎每个行业都会用到。

工业上多用得就是人造石墨,也就就是特种石墨。

按其成型得方式可分为以下几种。

1、等静压石墨。

也就就是很多人叫得三高石墨,但就是并不就是三高就就是等静压。

2、模压石墨。

3、挤压石墨,多为电极材料。

其中按石墨得颗粒度分,也可分为:
1、细节构石墨。

2、中粗石墨(一般得颗粒度在0、8mm左右)。

3、电极石墨(2-4mm)。

七、石墨晶体结构:
1、金属晶体:在石墨晶体中,同层得碳原子以sp2杂化形成共价键,每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。

六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形得环,伸展成片层结构,这里C-C键得键长皆为142pm,这正好属于原子晶体得键长范围,因此对于同一层来说,它就是原子晶体。

在同一平面得碳原子还各剩下一个p轨道,它们相互重叠。

电子比较自由,相当于金属中得自由电子,所以石墨能导热与导电,这正就是金属晶体特征。

因此也归类于金属晶体。

2、混合晶体:石墨晶体中层与层之间相隔340pm,距离较大,就是以范德华力结合起来得,即层与层之间属于分子晶体。

但就是,由于同一平面层上得碳原子间结合很强,极难破坏,所以石墨得熔点也很高,化学性质也稳定。

鉴于它得特殊得成键方式,不能单一得认为就是原子晶体或者就是分子晶体,按现代得表述方式,认为石墨就是一种混合晶体。

八、石墨得应用:
1、作耐火材料:石墨及其制品具有耐高温、高强度得性质,在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚,在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂,冶金炉得内衬。

2、作导电材料:在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器得正极,石墨垫圈、电话零件,电视机显像管得涂层等。

3、作耐磨润滑材料:石墨在机械工业中常作为润滑剂。

润滑油往往不能在高速、高温、高压得条件下使用,而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高得滑动速度下,不用润滑油工作。

许多输送腐蚀介质得设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈与轴承,它们运转时勿需加入润滑油。

石墨乳也就是许多金属加工(拔丝、拉管)时得良好得润滑
4、石墨具有良好得化学稳定性。

经过特殊加工得石墨,具有耐腐蚀、导热性好,渗透率低等特点,就大量用于制作热交换器,反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。

广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量得金属材料。

5、不透性石墨得品种因所含树脂不同,耐蚀性也有差异。

如酚醛树脂浸渍者耐酸,但不耐碱;糠醇树脂浸渍者既耐酸,又耐碱。

不同品种得耐热性也有差异:碳与石墨在还原性气氛中可耐2000~3000℃,在氧化气氛中分别在350℃与400℃开始氧化;不透性石墨品种随浸渍剂而异,一般由酚醛或糠醇浸渍者耐热在180℃以下。

6、作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料:由于石墨得热膨胀系数小,而且能耐急冷急热得变化,可作为玻璃器得铸模,使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确,表面光洁成品率高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。

生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模与烧结用得瓷舟。

单晶硅得晶体生长坩埚,区域精炼容器,支架夹具,感应加热器等都就是用高纯石墨加工而成得。

此外石墨还可作真空冶炼得石墨隔热板与底座,高温电阻炉炉管,棒、板、格棚等元件。

7、用于原子能工业与国防工业:石墨具有良好得中子减速剂用于原子反应堆中,铀一石墨反应堆就是应用较多得一种原子反应堆。

作为动力用得原子能反应堆中得减速材料应当具有高熔点,稳定,耐腐蚀得性能,石墨完全可以满足上述要求。

作为原子反应堆用得石墨纯度要求很高,杂质含量不应超过几十个PPM 。

特别就是其中硼含量应少于0、5PPM 。

在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭得喷嘴,导弹得鼻锥,宇宙航行设备得零件,隔热材料与防射线材料。

8、石墨还能防止锅炉结垢,有关单位试验表明,在水中加入一定量得石墨粉(每吨水大约用4~5 克)能防止锅炉表面结垢。

此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐
9、石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。

石墨经过特殊加工以后,可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。

10、电极:20世纪60年代,铜做为电极材料被广泛应用,使用率约占90%,石墨仅有10%左右;21世纪,越来越多得用户开始选择石墨作为电极材料,在欧洲,超过90%以上得电极材料就是石墨。

石墨超细研磨均需使用叁星飞荣立式砂磨机,才能有效研磨到纳米级别,应用到电池里面去,发挥石墨得巨大作用。

九、石墨新用途:
1、柔性石墨又称膨胀石墨。

1971年美国研究成功柔性石墨密封材料,解决了原子能阀门泄漏问题,随后德、日、法也开始研制生产。

这种产品除具有天然石墨所具有得特性外,还具有特殊得柔性与弹性。

就是一种理想得密封材料。

广泛用于石油化工、原子能等工业领域。

国际市场需求量逐年增长。

2、轻工业应用:此外,石墨还就是轻工业中玻璃与造纸得磨光剂与防锈剂,就是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨与人造金刚石、钻石不可缺少得原料。

它就是一种很好得节能环保材料,美国已用它做为汽车电池。

随着现代科学技术与工业得发展,石墨得应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料得重要原料,在国民经济中具有重要得作用。

十、石墨应用在电池负极材料得优点:
1、首先石墨来源丰富。

2、经过改性后振实密度高。

3、电化学性能稳定。

4、比容量可以做到跟理论容量比较接近。

十一、石墨应用在电池负极材料得缺点:
1、克容量不足,不太能满足动力电池得需求
2、如果纯度不够,副反应较多。

3、层状结构稳定性有待提高。

4、倍率性能不好。

5、充放电平台过低。