天然石墨与人造石墨的区别

Thedocumentwasfinallyrevisedon2021天然石墨与人造石墨的区别天然石墨与人造石墨负极材料辨别方法剖析锂离子电池发展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、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剖面分析法天然石墨负极材料SEM剖面图人造石墨负极材料SEM剖面图在微观结构上，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~，未经石墨化处理的表面包覆天然石墨无序度ID/IG一般为~，未经石墨化处理的新型改性天然石墨无序度ID/IG一般为~。人造石墨的无序度ID/IG一般为~。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~，人造石墨的无序度ID/IG一般为~，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~，人造石墨的无序度ID/IG一般为~。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）(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。