石墨可分為天然石墨與人造石墨,二者結(jié)構(gòu)相近,物理化學(xué)性質(zhì)相似,但用途卻有著較大差別。眾多研究中,某些研究者沒有注意到兩者的區(qū)別而籠統(tǒng)地稱之為石墨。這種將二者混為一談的結(jié)果造成了很多的誤導(dǎo),甚至是決策的錯誤,帶來很大的資源浪費和經(jīng)濟損失。本文就從天然石墨與人造石墨結(jié)構(gòu)組成、性能的角度出發(fā),談?wù)剝烧叩奶攸c與區(qū)別,以及重要聯(lián)系與應(yīng)用進展。
天然鱗片石墨其熔點在3000℃以上,是耐溫的礦物之一。常溫下化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、高導(dǎo)電性能的特點,可用做耐火材料,導(dǎo)電材料,耐磨潤滑材料。
人造石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點,在化學(xué)工業(yè)中廣泛用于制作熱交換器、反應(yīng)槽、吸收塔、過濾器等設(shè)備。天然石墨與高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域,但導(dǎo)熱性、耐腐蝕性不如人造石墨。
天然石墨具有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu),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(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體接觸不充分,從而造成天然石墨倍率性能較差。
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(jié)構(gòu),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(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體接觸不充分,從而造成天然石墨倍率性能較差。
天然石墨常會伴有各種雜質(zhì),難以被直接利用,為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求,對天然石墨進行富集、提純,且石墨純度愈高其價值也越高。目前關(guān)于石墨的提純方法主要有三種:浮選法、化學(xué)法和高溫法,其中化學(xué)法又包含堿熔酸浸法、氫氟酸法、混酸法、氯化焙燒法四種。