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的优点和缺点一、石墨的定义：1、石墨是元素碳的同素异形体，在各碳原子的周边，其他3个碳原子(排列方式为蜂窝状的多个六边形)通过共价键结合，构成共价键分子。2 .每个碳原子发射电子，这些电子可以自由移动，石墨属于导电体。 石墨是最柔软的矿物之一，其用途是制造铅笔芯和润滑剂。二、石墨的特殊性质：1、导电性：石墨导电性比普通非金属矿高百倍。 石墨之所以能够导电，是因为石墨中的1个碳原子只与其他碳原子形成共价键，1个碳原子依然保持着自由电子传输电荷。2、热传导性：热传导性超过钢、铁、铅等金属材料。 热传导率随着温度的升高而降低，即使在极高的温度下石墨也会成为隔热体。3、耐高温性：石墨熔点为385050，沸点为4250，即使用超高温电弧烧结，重量损失也很小，热膨胀系数也很小。 石墨强度随温度升高而增强，2000时石墨强度增加2倍。4、润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大摩擦系数越小，润滑性能越好。 因为润滑性，超微细研磨难易度高，可以用叡星飞荣立式砂磨机研磨到纳米级的纤度。5、化学稳定性：石墨在常温下具有良好的化学稳定性，可耐酸、耐碱和耐有机溶剂腐蚀。6、可塑性：石墨韧性好，可碎成薄薄片。7、耐热冲击性：石墨在常温下使用时不能承受温度的急剧变化而破坏。 温度突变时，石墨体积变化不大，不会产生裂纹。三、石墨在中国的产地：1、中国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大产地。 黑龙江省七台河市、鹤冈市、双鸭山市等。2、山东省莱西市是我国石墨的重要产地之一。3、吉林省岩盘市也是石墨产地之一。4、内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现了全国最大的晶质石墨单质矿。5、陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿脉。四、石墨世界着名产地：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：石墨的工艺特性主要取决于其晶体形态。 晶体形态不同的石墨矿物具有不同的工业价值和用途。2、人造石墨：广义上，通过有机碳化进行石墨化的高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨，如碳纤维、热解碳、发泡石墨等。 狭义的人造石墨是指以杂质含量低的碳质原料为骨料、煤沥青等为粘合剂，经过原料、混炼、成型、碳化、石墨化等工序制造的块状固体材料，例如石墨电极、等静压石墨等。人造石墨的成形方式通常分为振动成形、挤出成形、冲压成形、等静压成形。3、块状石墨：块状石墨又称致密晶状石墨。 这种石墨晶体可以用肉眼看到明显的晶体。 粒径大于0.1mm，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱，呈致密块状结构。 此类：石墨的特点是品位高，一般碳含量为6065%，有时甚至达到8098%，但可塑性和滑动性不如鳞片石墨。4、鳞片石墨：石墨结晶呈鳞片状； 这是在高强度的压力下变质的，有大鳞片和细鳞片的一部分。 这种石墨矿石的特点是品位不高，一般在23%或1025%之间。 是自然界中浮性最高的矿石之一，可以多选获得高品位石墨精矿。 这种石墨的浮游性、润滑性、可塑性优于其他类型的石墨，因此工业价值最大。5、非晶质石墨：非晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨，该石墨的晶体直径一般在1微米以下，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，仅在电子显微镜下可见晶体形状。 这种石墨的特征是表面呈土状，没有光泽，润滑性比鳞片石墨稍差。 品位高。 一般为6085%。 少数达到90%以上。 一般多适用于铸造行业。 主要埋藏在湖南省邹州卢塘。 随着石墨精制技术的提高。 土状石墨的应用越来越广泛。六、石墨特殊成形方式：石墨在工业上应用广泛，在大多数行业。 工业上常用的是人造石墨，即特殊石墨。 根据成型方法的不同，有以下几种。1、等静压石墨。 也就是说，很多人称之为“三高石墨”，但既不是“三高”也不是“等静压”。2 .压制石墨。3 .挤出石墨的，多为电极材料。其中根据石墨的粒度，可分为以下几类1 .细部结构石墨。2、中粗石墨(一般粒度为0.8mm左右)。3、电极石墨(2-4mm )。七、石墨晶体结构：1、金属晶体：石墨晶体中，同层碳原子通过sp2杂化形成共价键，各碳原子通过3个共价键与其他3个原子连接。 6个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，向层结构延伸。 在此，C-C键的键长全部为142pm，这正好是原子晶体的键长范围，因此在同一层为原子晶体。 同一平面上的碳原子上分别留有p轨道，它们相互重叠。 由于电子比较自由，相当于金属中的自由电子，因此石墨具有热传导和电传导的特征。 也分为金属晶体。2、混合晶体：石墨晶体中层与层间相隔340pm，距离大，以范德瓦尔斯力结合，即层间为分子晶体。 但是，由于同一平面层上的碳原子之间的结合强，破坏极为困难，石墨的熔点也高，化学性质也稳定。考虑到其特殊的结合方式，不能简单地认为石墨是原子晶体还是分子晶体，在现代的表现中石墨是混合晶体。八、石墨的应用：1、耐火材料：石墨及其制品具有高温、高强度的性质，冶金工业主要用于石墨坩埚的制造，炼钢以石墨为钢锭保护剂，用于冶金炉的内衬。2、用于电气工业制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极、石墨垫圈、电话部件、电视显像管的涂层等。3 .作为耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常用作润滑剂。 润滑油在高速、高温、高压下大多不能使用，但石墨耐磨材料在2002000 的温度下可以在高折射速度下不使用润滑油。 很多输送腐蚀介质的设备都是用石墨材料制作活塞杯、密封环和轴承，不加润滑油运转。 石墨牛奶也是许多金属加工(拔丝、拔管)时的良好润滑剂。4 .石墨具有良好的化学稳定性。 特殊加工的石墨具有耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，大量用于热交换器、反应槽、冷凝器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备的制作。 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，可节约大量金属材料。5、不透性石墨品种因所含树脂不同而耐腐蚀性不同。 酚醛树脂浸渍者耐酸，但不耐碱； 糠醇树脂浸渍者具有耐酸性和耐碱性。 不同品种的耐热性也有差异：碳和石墨在还原性气氛下可以承受20003000，在氧化气氛下分别在350和400开始氧化的不透明石墨品种因浸渍剂而异，但一般苯酚和糠醇浸渍者的耐热性在180以下。6、铸造、回砂、压模及高温冶金材料：石墨热膨胀系数小，且能承受急冷的急剧热变化，使用石墨作为玻璃器皿的模具后，由于黑色金属铸件尺寸准确，表面成品率高，加工不加工就能使用，节约了大量金属。 生产硬质合金等粉末冶金技术，通常用石墨材料制作压模和烧结用瓷舟。 单晶硅的晶体生长坩埚、区域精炼容器、支架夹具、感应加热器等采用高纯度石墨加工而成。 另外，石墨还可以制作真空冶炼的石墨隔热板和台座、高温电阻炉炉灶、棒、板、架等部件。7、用于核工业和国防工业：石墨用于核反应堆，铀一石墨炉应用于很多核反应堆。 作为动力反应堆中的减速材料，必须具有高熔点、稳定、耐腐蚀性能，石墨能够完全满足上述要求。 核反应堆用石墨的纯度要求高，杂质含量不得超过数十PPM。 特别是硼的含量必须小于0.5PPM。 防卫工业还用石墨制造固体燃料火箭喷嘴、导弹鼻锥、航天设备部件、隔热材料和防辐射材料。8、石墨还可以防止锅炉水垢。 相关机构的试验表明，在水中加入一定量的石墨调色剂(每吨约45克)，可以防止锅炉表面的水垢。 另外，将石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上具有防锈效果。石墨可以做铅笔芯、颜料和研磨剂。 石墨经特殊加工后，可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，铜被广泛用作电极材料，使用率约占90%，在石墨仅占10%左右的21世纪，越来越多的用户开始选用石墨作为电极材料，在欧洲90%以上的电极材料是石墨。 石墨的超微研磨如果不使用叡星飞荣立式砂磨机，就不能有效研磨到纳米级，应用于电池中发挥石墨的重要作用。九、石墨的新用途：1 .柔性石墨又称膨胀石墨。 1971年在美国成功研究了柔性石墨密封材料，解决了原子能阀的泄漏问题，之后德国、日本、法国也开始开发生产。 该产品除天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔软性和弹性。 是理想的密封材料。 广泛应用于石油化工、核能等工业领域。 国际市场的需求量逐年增加。2、轻工业应用：石墨是轻工业玻璃和造纸研磨剂和防锈剂，是生产铅笔、墨、黑漆、墨和人造金刚石、金刚石不可或缺的原料。 这是一种节能环保的材料，在美国被用作汽车的电池。 随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域不断拓展，成为高新技术领域新型