石墨球

近年来随着锂离子电池在新能源汽车以及便携式电子器件中的应用越来越广泛，人们对高性能的电池电极产生了的兴趣，因此对电极材料进行了广泛的研究。天然石墨因其成本低、资源广泛并具有合适的充放电特性等特点在负极材料市场中占据重要的地位。但由于天然石墨电极存在可逆充放电容量较小及循环稳定性较差等问题，限制了天然石墨在锂电领域的进一步应用。经大量研究，将天然石墨处理成球状或者类球状(球形化)后能够显著地提石墨材料的电化学性能。球形化的天然石墨材料具有较小的比表面积，更高的振实密度，从而具有更高的库伦效率，更高的可逆充放电容量及更优异的循环稳定性，目前广泛地应用于锂离子电池的负极材料。天然石墨球形化主要是以天然石墨为原料，通过对天然石墨表面进行整形处理，从而得到球状或者类球状的石墨颗粒。这类方法原料成本较低，工艺相对简单，使得球形石墨的生产能够实现大规模的产业化。天然石墨球形化的关键在于球形化设备，选择合适的球形化设备会提高球形化石墨的产出率和各项性能指标，因此石墨球形化设备是目前国内外机械设备领域的研究热点之一。但由于国内外球形化设备生产厂商技术保密等原因，目前对该类设备的公开报道较少。本文综合论述了天然石墨球形化的机理，简要介绍和分析探讨了几类常用的天然石墨球形化设备的应用现状，并在此基础上对石墨球形化设备的发展进行了展望。2天然石墨球形化机理分析目前国内外各球形石墨产商主要使用机械力法对天然石墨进行球形化处理，通过机械作用产生的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用力使石墨颗粒发生塑性变形以及颗粒吸附，得到球形石墨成品。生产球形石墨主要以高碳天然鳞片石墨或者天然微晶石墨作为原料，这两类天然石墨颗粒外在形貌具有差异性，其球形化机理也有所不同。天然鳞片石墨颗粒呈片状结构，在球形化过程中主要发生片状弯曲的塑性变形。首先是大片状颗粒折叠弯曲，逐渐被冲击成球状或者类球状，成为球形颗粒的主核；由片状石墨破碎产生或是原料中本就含有的微细颗粒附着在主核上；之后在冲击力不断的作用下，微细颗粒固定或者嵌入在主核表面，不断紧实，最终形成球形石墨颗粒。天然微晶石墨颗粒呈土状结构，在球形化过程中主要发生研磨。首先是颗粒上尖锐的棱角在冲击力的作用下受到不断研磨逐渐变得光滑圆整；然后是微细颗粒在球状大颗粒表面的吸附、紧实过程。目前上述石墨球化机理还不完善，由于石墨颗粒受力较为复杂，对天然石墨的球化过程缺乏一定的动力学分析，尚不清楚冲击力如何作用于石墨颗粒使其发生球化变形。

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