石(shi)墨在(zai)鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)現狀(zhuang)及發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)

 石(shi)墨被(bei)國際(ji)公認為(wei)是“21 世(shi)紀(ji)支撐(cheng)高(gao)新技術(shu)發展(zhan)的戰略資源(yuan)”。隨(sui)著(zhe)全球(qiu)經濟環境改(gai)善(shan)，石(shi)墨在(zai)戰略性(xing)新(xin)興(xing)行業的應用(yong)，尤其(qi)是在(zai)新(xin)能源(yuan)汽(qi)車等(deng)行業的應用(yong)將會快速(su)增(zeng)加。

石(shi)墨：理(li)想(xiang)的(de)負極材(cai)料(liao)

天(tian)然(ran)石(shi)墨是在(zai)高(gao)溫(wen)下有(you)機(ji)成因(yin)的(de)碳質(zhi)物變質而(er)成(cheng)，呈(cheng)鋼(gang)灰(hui)色、黑(hei)灰(hui)色，具(ju)有(you)半金(jin)屬光(guang)澤(ze)，晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)屬六方(fang)晶(jing)系(xi)，呈(cheng)六邊形(xing)層(ceng)狀(zhuang)結(jie)構(gou)，具(ju)有(you)耐(nai)高溫(wen)、導(dao)熱、導(dao)電(dian)、潤(run)滑、可(ke)塑(su)和(he)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)等(deng)特性(xing)。

石(shi)墨是較(jiao)早應用(yong)的(de)負(fu)極材(cai)料(liao)，與其(qi)他碳材(cai)料(liao)相比(bi)，其(qi)導(dao)電(dian)性(xing)、結(jie)晶(jing)度(du)更高(gao)，良(liang)好(hao)的(de)層(ceng)狀(zhuang)結(jie)構(gou)和(he)充(chong)放(fang)電(dian)電(dian)壓也(ye)十(shi)分適(shi)合正(zheng)極材(cai)料(liao)的脫(tuo)/嵌運(yun)動(dong)，且目(mu)前工(gong)藝成熟、成本(ben)較低(di)，是較(jiao)為(wei)理(li)想(xiang)的(de)負極材(cai)料(liao)。

改性(xing)：優(you)化負極材(cai)料(liao)的性(xing)能

石(shi)墨負(fu)極壹(yi)般(ban)采(cai)用(yong)天(tian)然(ran)鱗片(pian)石(shi)墨，但存在(zai)以下幾(ji)個(ge)缺(que)點：

（1）鱗片(pian)石(shi)墨粉具(ju)有(you)較(jiao)大的比(bi)表(biao)面(mian)積(ji)，對負(fu)極的(de)首次(ci)充(chong)放(fang)電(dian)效(xiao)率(lv)有(you)較(jiao)大影響；

（2）石(shi)墨的(de)片(pian)層(ceng)結(jie)構(gou)決定了(le)Li ＋ 只(zhi)能從(cong)材料(liao)端(duan)面(mian)嵌(qian)入(ru)，並(bing)逐漸(jian)擴(kuo)散入顆(ke)粒內(nei)部，由(you)於(yu)鱗片(pian)石(shi)墨的(de)各向(xiang)異(yi)性(xing)，Li ＋ 擴(kuo)散路(lu)徑(jing)較(jiao)長且不均勻(yun)，導(dao)致(zhi)其(qi)比(bi)容(rong)量較低(di)；

（3）石(shi)墨的(de)層(ceng)間距(ju)較(jiao)小(xiao)，增(zeng)加了(le)Li＋的(de)擴(kuo)散阻力，且(qie)倍率(lv)性(xing)能較差(cha)，快速(su)充(chong)電(dian)時(shi)Li＋易(yi)在石(shi)墨表(biao)面(mian)沈(chen)積(ji)形(xing)成鋰(li)枝晶，導(dao)致(zhi)嚴(yan)重(zhong)的(de)安(an)全(quan)隱患。

為(wei)了解決這些(xie)問題，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)顆(ke)粒球(qiu)形(xing)化、表(biao)面(mian)氧(yang)化(hua)、表(biao)面(mian)氟(fu)化(hua)、表(biao)面(mian)包(bao)覆軟(ruan)碳、硬(ying)碳材(cai)料(liao)以及其(qi)它(ta)方(fang)式(shi)的(de)表(biao)面(mian)修飾(shi)和(he)微(wei)結(jie)構(gou)調(tiao)整(zheng)等(deng)技術(shu)對天(tian)然(ran)石(shi)墨進(jin)行改(gai)性(xing)處理。從(cong)成本(ben)和(he)性(xing)能的綜合考(kao)慮，目(mu)前工(gong)業界(jie)石(shi)墨改(gai)性(xing)主(zhu)要(yao)使用(yong)碳包(bao)覆工(gong)藝處理。商(shang)業化應用(yong)的(de)改(gai)性(xing)天(tian)然(ran)石(shi)墨比(bi)容(rong)量為 340～370mA·h/g，首周庫侖效(xiao)率(lv)90%～93%，100% DOD循(xun)環壽命(ming)可(ke)達(da)到1000次(ci)以(yi)上，基(ji)本(ben)可(ke)以(yi)滿足(zu)消(xiao)費(fei)類電子(zi)產(chan)品(pin)對(dui)小(xiao)型(xing)電(dian)池(chi)性(xing)能的要(yao)求(qiu)。

創新(xin)：挖(wa)掘(jue)石(shi)墨應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)

隨(sui)著(zhe)新能源(yuan)汽(qi)車、3C等(deng)產(chan)業的迅速發(fa)展(zhan)，人們(men)陸續(xu)瞄(miao)準鋰離(li)子(zi)電池(chi)新(xin)的(de)技術(shu)方(fang)向(xiang)，追(zhui)求(qiu)高能量密度、高(gao)功(gong)率(lv)密度以(yi)及更長(chang)壽(shou)命等(deng)更高(gao)性(xing)能，這對石(shi)墨負(fu)極提出(chu)了(le)更高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。

石(shi)墨精(jing)礦經(jing)進(jin)壹步深(shen)加工(gong)可(ke)獲(huo)得石(shi)墨制(zhi)品，如(ru)石(shi)墨烯(xi)、球化(hua)石(shi)墨、可(ke)膨(peng)脹石(shi)墨、柔(rou)性(xing)石(shi)墨、氟(fu)化(hua)石(shi)墨、核(he)石(shi)墨、浸(jin)矽石(shi)墨等(deng)高端(duan)產(chan)品(pin)。而(er)這(zhe)些(xie)高端(duan)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)利用(yong)又(you)會將石(shi)墨在(zai)鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)的(de)應用(yong)提升(sheng)到(dao)壹個(ge)新的高度。如(ru)石(shi)墨烯(xi)具(ju)有(you)優(you)良(liang)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)、能夠緩解電極材(cai)料(liao)的體(ti)積(ji)膨脹(zhang)等(deng)，從(cong)而(er)大(da)幅(fu)提高(gao)動(dong)力電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能，因(yin)此(ci)石(shi)墨烯(xi)在鋰(li)離(li)子(zi)電池(chi)的(de)正(zheng)極、負(fu)極、集流(liu)體(ti)、隔(ge)膜(mo)、導(dao)電(dian)添加劑等(deng)方(fang)面(mian)應(ying)用(yong)較(jiao)廣，未來(lai)市場前景(jing)尤為(wei)廣闊(kuo)，是現在研(yan)究(jiu)關(guan)註(zhu)的(de)熱點。球形(xing)石(shi)墨具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)、結(jie)晶(jing)度(du)高、成本(ben)低(di)、理(li)論嵌(qian)鋰(li)容(rong)量高、充(chong)放(fang)電(dian)電(dian)位低(di)且(qie)平坦(tan)等(deng)特點，是國內外(wai)鋰(li)離(li)子(zi)電池(chi)生(sheng)產(chan)用(yong)負(fu)極材(cai)料(liao)的換(huan)代產(chan)品(pin)。

隨(sui)著(zhe)電動(dong)汽(qi)車和(he)鋰(li)離(li)子(zi)電池(chi)在(zai)中(zhong)國和(he)世(shi)界(jie)其(qi)他地(di)區的(de)普及率(lv)上升(sheng)，Roskill 預測，到 2026 年，全球(qiu)電池(chi)應(ying)用(yong)對(dui)石(shi)墨的(de)總(zong)需求(qiu)將增(zeng)長 16% ~26%。2026年01月09日(ri)，中(zhong)國粉體(ti)網旗下粉體(ti)公(gong)開(kai)課(ke)平(ping)臺(tai)將舉(ju)辦首屆“ 2020石(shi)墨基(ji)鋰離(li)子(zi)電池(chi)負(fu)極材(cai)料(liao)研(yan)究(jiu)網絡(luo)研(yan)討會”，屆時(shi)來(lai)自 中(zhong)南(nan)大學(xue)冶金(jin)與環境學(xue)院教(jiao)授、博(bo)士生導(dao)師(shi)楊(yang)娟將作《 石(shi)墨在(zai)鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)現狀(zhuang)及發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)》報告(gao)，將從(cong)石(shi)墨的(de)種類、衍(yan)生材(cai)料(liao)、復(fu)合材(cai)料(liao)等(deng)方(fang)面(mian)分析石(shi)墨在(zai)鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)現狀(zhuang)及其(qi)在下(xia)壹(yi)代(dai)高能量密度、高(gao)功(gong)率(lv)密度鋰(li)電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)和(he)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)。

楊(yang)娟教(jiao)授簡(jian)介(jie)

楊(yang)娟，女(nv)，1983年11月生(sheng)，工(gong)學(xue)博(bo)士，中南(nan)大學(xue)冶金(jin)與環境學(xue)院教(jiao)授，博(bo)士生導(dao)師(shi)，湖(hu)南(nan)省普通(tong)高校(xiao)青(qing)年骨幹(gan)教師(shi)。長(chang)期(qi)從(cong)事(shi)新(xin)能源(yuan)材料(liao)與器件(jian)方(fang)向(xiang)的(de)教學(xue)與科研(yan)工作(zuo)。已(yi)主持完(wan)成國家自然(ran)科學(xue)基金(jin)項目(mu)、國際(ji)合作(zuo)與交(jiao)流項目(mu)、國家重(zhong)點研(yan)究(jiu)計劃項目子(zi)課(ke)題(ti)、重(zhong)大(da)橫向(xiang)科研(yan)課(ke)題(ti)等(deng)10余項。以(yi)第(di)壹(yi)作者或(huo)通(tong)訊(xun)作(zuo)者在材(cai)料(liao)、電化(hua)學(xue)、新能源(yuan)領(ling)域(yu)的Green Chemistry、Journal of Materials Chemistry A等(deng)國際(ji)期(qi)刊上發(fa)表(biao)論(lun)文50余篇，其(qi)中ESI高(gao)被(bei)引論文5篇；以第(di)壹(yi)發明(ming)人獲授權(quan)發明(ming)專(zhuan)利10余項；獲(huo)省部級科技進(jin)步壹等(deng)獎(jiang)1項(xiang)、二(er)等(deng)獎(jiang)3項(xiang)；獲(huo)湖(hu)南(nan)省高(gao)等(deng)教育省級教學(xue)成果(guo)獎(jiang)二(er)等(deng)獎(jiang)1項(xiang)以(yi)及第(di)二(er)屆全(quan)國高校冶金(jin)院長(chang)（青(qing)年教師(shi)類）獎(jiang)。

參(can)考資料：

陸浩等(deng).鋰離(li)子(zi)電池(chi)負(fu)極材(cai)料(liao)產(chan)業化技術(shu)進(jin)展(zhan)

時傑等(deng).石(shi)墨基(ji)鋰離(li)子(zi)電池(chi)負(fu)極材(cai)料(liao)研(yan)究(jiu)進(jin)展(zhan)

左力艷(yan)等(deng).全球石(shi)墨資源(yuan)產(chan)業現狀(zhuang)分析與我(wo)國石(shi)墨行業發展(zhan)建議