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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(duì)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(duì)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(duì)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(guó)際會(huì)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)?duì)有機(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(duì)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(duì)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(jí)微孔數(shù)量，增加儲(chǔ)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(huì)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(duì)石墨充放電過程中溶劑的分解以及SEI膜的形成都將會(huì)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(duì)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(tái)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(shí)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(shí)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(duì)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(huì)增大，從而形成SEI膜消耗的鋰離子將會(huì)增多，隨之會(huì)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(huì)對(duì)石墨有一定影響，如經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)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(shí)候，當(dāng)硼的添加量為3.8%的時(shí)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(duì)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(guó)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(duì)市場(chǎng)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(shí)給予快速響應(yīng)和解決，提高客戶的生產(chǎn)效率。