天然石墨是富碳有機物在高溫高壓地質環(huán)境長期作用下轉變形成的,是大自然的結晶。天然石墨的工藝特性主要取決于它的結晶形態(tài)。結晶形態(tài)不同的礦物,具有不同的工業(yè)價值和用途。天然石墨的種類較多,根據結晶形態(tài)不同,工業(yè)上將天然石墨分為致密結晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質石墨三類。我國主要有鱗片石墨和隱晶質石墨兩大類。
天然石墨:晶體發(fā)育較為完善,鱗片石墨的石墨化程度更在98%以上,而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。
在理化性質方面,天然石墨與人造石墨既有共性,也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導體,但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說,天然鱗片石墨的傳熱性能和導電性能好、天然微晶石墨次之,人造石墨低。石墨具有的較好的潤滑性和一定的可塑性,天然鱗片石墨的晶體發(fā)育較完善,摩擦系數較小,潤滑性好,可塑性高,而致密結晶狀石墨和隱晶質石墨次之,人造石墨較差。
目前,商業(yè)化的碳負極材料仍以石墨材料為主。其中天然石墨負極由天然石墨加工而成。天然石墨具儲量大、成本低、安全等優(yōu)點。且天然石墨具有比較完整的石墨片層結構和很高的石墨化度,適合鋰離子在其中脫嵌和穿梭。
天然石墨球形化主要是以天然石墨為原料,通過對天然石墨表面進行整形處理,從而得到球狀或者類球狀的石墨顆粒。這類方法原料成本較低,工藝相對簡單,使得球形石墨的生產能夠實現大規(guī)模的產業(yè)化。天然石墨球形化的關鍵在于球形化設備,選擇合適的球形化設備會提高球形化石墨的產出率和各項性能指標,因此石墨球形化設備是目前國內外機械設備領域的研究熱點之一。但由于國內外球形化設備生產廠商技術保密等原因,目前對該類設備的公開報道較少。本文綜合論述了天然石墨球形化的機理,簡要介紹和分析探討了幾類常用的天然石墨球形化設備的應用現狀,并在此基礎上對石墨球形化設備的發(fā)展進行了展望。
天然石墨分為鱗片石墨和土狀石墨,鱗片石墨在鋰電池中庫侖效率可達90%~93%、可逆容量為 340~370mAh/g,因此是主流的負極材料;但是,天然石墨具有規(guī)則的層狀結構,鋰離子在嵌入時速度十分緩慢,且由于材料各向異性較高,極易導致活性物質與集流體接觸不充分,從而造成天然石墨倍率性能較差。