天然石墨和人造石墨在鋰電池的區別和優劣
目前鋰離子電池負極材料以石墨為主(包括天然石墨和人造石墨},這兩種的優劣:
天然石墨一般都似石墨片巖、石墨片麻巖、含石墨的片巖及變質頁巖等礦石出現。天然石墨依其結晶形態可分成晶質石墨和隱晶質石墨。
制造人造石墨的主要原料是粉狀的煅燒石油焦,在其中加瀝青作為粘結劑,再加入少量其他輔料。各種原材料配合好以后,將其壓制成形,然后在2500~3000℃、非氧化性氣氛中處理,使之石墨化。經高溫處理后,灰分、硫、氣體含量都大幅度減少由于人造石墨制品的價格昂貴,鑄造廠常用的人造石墨增碳劑大都是制造石墨電極時的切屑、廢舊電極和石墨塊等循環利用的材料,以降低生產成本。
晶質石墨的晶體直徑大于1μm,按其結晶形態,它還可分為致密塊狀石墨和鱗片狀石墨。致密塊狀石墨礦床很少。鱗片石墨是國內外工業利用的主要石墨類型,外觀呈黑色或銀灰色,具有明顯定向晶體結構,鱗片石墨原礦品位一般為3~13.5%,個別富礦可達20%。
隱晶質石墨晶體直徑小于1μm,形狀呈不定形花瓣狀或疊層片狀,分為分散性土狀石墨(粉)和致密塊體土狀石墨。前者礦石品位低,一般只含2~3%;后者礦體呈層狀或透鏡狀,夾在變質巖中,品位達60~80%,zui高可達95%,但可選性差,一般經挑選后粉碎即為成品,使用價值不如鱗片石墨。
天然石墨經過選礦后成為中碳石墨(含80~93%碳),但在許多應用中需要提純為含碳在91~99%的高碳石墨。由于天然鱗片石墨中的雜質主要為石英、長石、高嶺土、云母、黃鐵礦、方解石以及其他氧化物,所以常用化學方法提純。
天然石墨的價值及其純度與粒度關系zui大。純度常用含碳量或灰分表示,一般含碳量越高,灰分越少,則價格越高。粒度常用英制(目)或公制(mm)來表示產品的平均粒徑。對于正目數來說,粒徑越大價格越高;對于負目數來說,粒徑越小越值錢。所以石墨產品zui后都要用標準篩篩分后才能包裝,商品中一般要求正目數的篩上物高于80%,負目數的篩下物高于75%。在一些特殊用途中,對石墨結晶構造、灰分中微量元素含量、雜質粒徑等有嚴格要求,如含硫、氯和鐵量。硫和氯在使用中對接觸金屬有強腐蝕性,鐵影響石墨制品的高溫抗氧化性。在核石墨中還對中子吸收截面大的雜質元素要求降到zui少,如硼。
世界石墨資源非常豐富,目前已探明總儲量為16600萬噸,其中晶質石墨占61%。石墨礦主要分布在亞洲、歐洲、非洲和美洲。中國石墨總儲量為13600萬噸,其中晶質鱗片石墨為12000萬噸。zui近我國又發現了幾個石墨礦,有石墨礦的省份占1/3以上,資源豐富的省有山東、黑龍江、內蒙古和湖南等。我國石墨儲量、原料產量及出口量均居世界*,且晶質鱗片石墨大片率高、雜質少。南朝鮮是*二大石墨生產國,大部分為土狀石墨。原蘇聯是第三石墨生產國,主要為晶質石墨。日本是zui大的石墨進口國和消費國,美國、德國、英國的消耗量也很大。
人造石墨循環比天然石墨好,天然石墨容量高,由于循環差的原因對電解液的選擇比較重要,天然石墨比較軟,但是壓實過高其顆粒可能就形變了,并且吸液能力會急劇下降
不管是天然石墨還是人造石墨分散主要看分散效果
影響分散乳化結果的因素有以下幾點
1 分散頭的形式(批次式和連續式)(連續式比批次好)
2 分散頭的剪切速率 (越大,效果越好)
3 分散頭的齒形結構(分為初齒,中齒,細齒,超細齒,約細齒效果越好)
4 物料在分散墻體的停留時間,乳化分散時間(可以看作同等的電機,流量越小,效果越好)
5 循環次數(越多,效果越好,到設備的期限,就不能再好)
線速度的計算
剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。
– 剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s)
g 定-轉子 間距 (m)
由上可知,剪切速率取決于以下因素:
– 轉子的線速率
– 在這種請況下兩表面間的距離為轉子-定子 間距。
IKN 定-轉子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm
速率V= 3.14 X D(轉子直徑)X 轉速 RPM / 60
高的轉速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是zui重要的。根
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