欢迎访问锂电网(li-b.cn),锂电产业链推广营销平台!
2018年08月17日   星期五    |  广告单价 |  锂电资讯
首页 > 资讯 > 学术 > 天然石墨与人造石墨负极材料辨别法剖析

天然石墨与人造石墨负极材料辨别法剖析

来源:材料科学 | 作者:转载 | 分类:学术 | 时间:2017-06-09 | 浏览:3053
文章顶部

锂离子电池发展20年来,理论与学术界均未对锂离子电池用碳(石墨类)负极材料:天然石墨和人造石墨负极材料的辨别方法进行深入剖析,并明确科学的辨别与判定方法,因此行业出现了天然石墨和人造石墨负极材料边界不清,鱼龙混杂的现象,给材料的合理、有效使用造成了极大影响。

锂离子电池发展20年来,理论与学术界均未对锂离子电池用碳(石墨类)负极材料:天然石墨和人造石墨负极材料的辨别方法进行深入剖析,并明确科学的辨别与判定方法,因此行业出现了天然石墨和人造石墨负极材料边界不清,鱼龙混杂的现象,给材料的合理、有效使用造成了极大影响。

天然石墨负极材料系采用天然鳞片晶质石墨,经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制得,其高结晶度是天然形成的。
而人造石墨负极材料是将易石墨化碳如石油焦、针状焦、沥青焦等在一定温度下煅烧,再经粉碎、分级、高温石墨化制得,其高结晶度是通过高温石墨化形成的。

正是由于两者在原料和制备工艺上存在本质的差别,使其在微观形貌、晶体结构、电化学性能、加工性能上存在明显差异。为了统一标准、科学辨别、正确判定天然与人造石墨负极材料,现将经过多年探索、反复验证、切实可行的科学辨别方法公之于众:

1、天然石墨与人造石墨负极材料微观形貌差异——SEM剖面分析法在微观结构上,天然石墨是层状结构,其SEM剖面图中保留了鳞片石墨的层状结构,片状结构间有大量空隙存在; 而人造石墨负极材料为焦类、中间相类在高温石墨化过程中,晶体结构按ABAB结构重新排列,并聚合收缩,其内部致密、无缝隙。

2、天然石墨与人造石墨负极材料晶体结构差异——X射线衍射法

从晶体结构看,天然石墨负极材料结晶度高,在XRD图谱上其(002)晶面衍射峰角度更高,层状结构完整、层间距小、取向性(I002/I110)明显,从43-45度对应的(101)晶面衍射峰位置及46-47度的对应的(012) 晶面衍射峰位置,可以看出天然石墨存在明显的2H相和3R相,而人造石墨只存在2H相。六方石墨(2H)和菱方石墨(3R)的XRD谱图如下:


3、天然石墨与人造石墨负极材料无序度(ID/IG)差异——拉曼光谱分析法

对于未经石墨化处理的天然石墨与人造石墨,除了根据SEM剖面图、XRD晶体结构图及其参数进行区别外,拉曼光谱测试的无序度ID/IG也是区别这两类石墨的有效方法。

天然球形石墨的无序度ID/IG一般为0.4~0.85,未经石墨化处理的表面包覆天然石墨无序度ID/IG一般为0.9~1.6,未经石墨化处理的新型改性天然石墨无序度ID/IG一般为0.2~0.6。

人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34。整体上,未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的无序度ID/IG比人造石墨负极材料的无序度ID/IG大。经石墨化处理的表面包覆天然石墨无序度ID/IG一般为0.17~0.36,人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34,经石墨化处理的天然石墨与人造石墨的无序度ID/IG存在交集、拉曼测试不是有效方法。

4、天然石墨与人造石墨负极材料——结果判定

4.1 未经高温(2400-3300℃)石墨化处理的天然石墨负极材料与人造石墨负极材料的对比

(1) SEM剖面图: 未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的SEM剖面图中存在片状结构间的空隙,人造石墨负极材料SEM剖面图致密、无缝隙。

(2) XRD: 未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的XRD图谱中存在明显的2H相和3R相,人造石墨负极材料XRD图谱只存在2H相。

(3) ID/IG: 未经高温石墨化处理的表面包覆天然石墨负极材料的无序度ID/IG一般为0.9~1.6,人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34

4.2 经高温(2400-3300℃)石墨化处理的天然石墨负极材料与人造石墨负

材料的对比(分纯天然与人造,复合型两种进行说明)

(1) SEM剖面图: 经高温石墨化处理的纯天然石墨负极材料的SEM剖面图中存在片状结构间的空隙,纯人造石墨负极材料SEM剖面图结构致密、无缝隙,经高温石墨化处理的复合石墨负极材料的SEM剖面图中天然石墨片状结构间空隙与人造石墨致密无缝隙结构共存。

分享到:

合作机构: ofweek锂电网 | 电池在线网 | 亚太电池展 | 巨典展览 | 德泰中研 | 振威展览 | 亚化咨询 | 知行锂电 | 高工锂电 | 深圳市电源技术学会

关于我们 | 联系方式 | 免责声明 | 人才招聘

版权所有 copyright © 锂电网(li-b.cn) | 粤ICP备16043942号-4


扫码关注微信
获取更多商机
×