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石墨改性是將石墨材料的性能進(jìn)行改進(jìn)的過程。石墨是一種具有良好導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性的材料，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、冶金、電化學(xué)及石油等領(lǐng)域。但是，由于石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，其分散性較差，從而影響了其在特定應(yīng)用領(lǐng)域的效率。因此，為了提高其性能和增強(qiáng)應(yīng)用性，需要對石墨進(jìn)行改性處理，即石墨改性。

石墨改性的方法很多，常用的改性方式包括表面改性和結(jié)構(gòu)改性兩種。

表面改性

對表面進(jìn)行改性，通過改變天然石墨的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)，減小因形成過多的SEI膜，從而減少不可逆容量的損失。

結(jié)構(gòu)改性

對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，通過改變天然石墨的結(jié)構(gòu)、形態(tài)，來提高充放電容量。

表面改性的主要方法有碳包覆、表面氧化、表面還原三種工藝。

碳包覆

1994年在第七屆鋰電池國際會議，首先由Kuribayashit和Yamashita提出一種全新的“核-殼"模型包覆方法，使用該種方法可使得復(fù)合石墨的電性能大大提高。這種方法主要是以石墨材料為“核芯"，在表面包覆一種無定形的碳材料，包覆的方法有氣相沉積法、有機(jī)溶劑熱解法，混合粉碎法等，包覆的無定形碳材料的前驅(qū)體包括有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、尿素、瀝青、煤焦油、乙烯等，之后通過高溫逐步碳化為所需的無定形碳。

有專家學(xué)者將瀝青進(jìn)行包覆于天然石墨表面，添加量為5%，400℃碳化3h，高溫850℃處理2h之后得到的產(chǎn)品可逆容量可達(dá)362mAh/g，充放電效率為92%，復(fù)合材料包覆的電性能好主要機(jī)理是一方面無定形碳?xì)τ袡C(jī)溶劑不活潑，它的亂層結(jié)構(gòu)可以使得有機(jī)溶劑小分子很難共插到片層中，另一方面無定形碳的層間距比石墨大，鋰離子在其中擴(kuò)散性能較好，這對于倍率性能提升很大。

表面氧化

氧化的處理方法主要有氣相氧化方法和液相氧化法兩種。氣相氧化法主要采用空氣、氧氣、臭氧氣體作為氧化劑，通過氣相、固相界面反應(yīng)來完成氧化處理過程。但是，由于氣相氧化只能發(fā)生在氣固界面，很難保證氧化的均勻性，不利于商業(yè)化使用，液相氧化法使用硫酸鈰、硝酸、過氧化氫作為氧化劑，氧化更加均勻，因此商業(yè)化一般使用液相氧化方法，有專家學(xué)者采用磷酸鐵鉀作為氧化劑，對石墨進(jìn)行氧化處理，經(jīng)過處理的石墨表面含有微孔結(jié)構(gòu)，形成一層致密的氧化膜，相比未處理的天然石墨，可逆容量和循環(huán)性能都大大提升。主要機(jī)理為一方面表面氧化處理可以增加石墨材料表面納米級微孔數(shù)量，增加儲鋰空位，提高可逆容量，另一方面表面氧化可以去除石墨表面一些較高的位置，有利于可逆容量的降低，然后也會使得石墨表面跟電解液的還原分解反應(yīng)更加均勻，抑制電解液的進(jìn)一步分解，提高電池的循環(huán)性能。

表面還原

石墨表面存在一定量的含氧有機(jī)官能團(tuán)和吸附的一些雜質(zhì)，對石墨充放電過程中溶劑的分解以及SEI膜的形成都將會造成負(fù)面的影響，導(dǎo)致不可逆容量損失的加大，有日本專家使用二乙基醚對石墨表面進(jìn)行還原處理，發(fā)現(xiàn)石墨表面的含氧有機(jī)官能團(tuán)基本消失，石墨電極在0.5V出現(xiàn)的SEI膜溶劑分解平臺也消失，因SEI膜所需的溶劑還原分解量大大減少進(jìn)一步的說明生成的SEI膜更加薄而致密。

結(jié)構(gòu)改性主要有機(jī)械活化、摻雜兩種工藝。

機(jī)械活化

機(jī)械活化主要目的是減少石墨粒子的大小同時增加石墨材料中端面的數(shù)目，粒徑的減小與端面的增加可以為鋰離子提供更多嵌入和脫出的位置，同時也利于嵌入和脫出速率的增加，進(jìn)而提高石墨材料的可逆容量和倍率性能。

那么對石墨進(jìn)行機(jī)械研磨可以提高石墨的可逆容量和倍率性能，但是經(jīng)過研磨之后石墨的比表面會增大，從而形成SEI膜消耗的鋰離子將會增多，隨之會降低可逆容量，所以在實(shí)際生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)。另一方面，研磨方式不一樣也會對石墨有一定影響，如經(jīng)過長時間球磨的天然石墨，不可逆容量可以達(dá)到580mAh/g，但是循環(huán)性能卻表現(xiàn)一般。

摻雜

摻雜我們都知道，是將一些金屬元素或者非金屬元素引入到天然石墨材料中去，然后改變石墨材料的微觀結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)，進(jìn)而改善其電化學(xué)性能。目前比較運(yùn)用較多的摻雜非金屬元素有磷、氮、硼、硅等，金屬元素主要有鉀、鎂、鋁、銅、鎳、鈷等。舉例來說，有研究顯示當(dāng)使用硼作為摻雜元素引入到天然石墨中去時候，當(dāng)硼的添加量為3.8%的時候，復(fù)合材料的容量可以達(dá)到315mA/g。

天然石墨作為鋰電池的負(fù)極材料仍然存在很多缺陷，需要對天然石墨進(jìn)行多種方法改性來提高充放電容量。青島中達(dá)智能作為專業(yè)的石墨改性機(jī)廠家，有完善的生產(chǎn)管理體系和質(zhì)量控制體系，嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)流程，充分保證石墨改性機(jī)的穩(wěn)定性；并能夠針對市場需求和客戶要求記性定制化服務(wù)；有比較完善的售后服務(wù)流程和規(guī)范，能夠在設(shè)備出現(xiàn)問題時給予快速響應(yīng)和解決，提高客戶的生產(chǎn)效率。