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天然石墨和人造石墨誰(shuí)更具潛力？石墨烯與石墨的區(qū)別又有哪些呢？

負(fù)極材料主要分為碳系材料和非碳系材料，碳系材料主要是石墨類(lèi)的負(fù)極材料，非碳系材料中硅基負(fù)極材料是目前大家關(guān)注更多的。目前石墨類(lèi)的負(fù)極材料為主流的負(fù)極材料，主要分為人造石墨以及天然石墨。天然石墨源自礦山，從礦山采礦并經(jīng)過(guò)浮選、球化、表面包覆制成；人造石墨源于煤和石油化工副產(chǎn)物，是以石油或煤化工的副產(chǎn)物煤焦油瀝青或渣油為原料，經(jīng)延遲焦化制成針狀焦，并經(jīng)過(guò)造粒、石墨化制成。隨著新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池銷(xiāo)量持續(xù)增長(zhǎng)，負(fù)極材料需求依舊旺盛，負(fù)極材料以人造石墨和天然石墨為主。其中，人造石墨占80%以上，那么天然石墨和人造石墨誰(shuí)更具潛力呢？

天然石墨大小顆粒不一，粒徑分布廣，開(kāi)采出來(lái)的天然石墨礦需要經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)浮選、球化、表面包覆等步驟制成天然石墨負(fù)極材料，而人造石墨在形貌以及粒徑分布上較為一致。天然石墨的容量高，壓實(shí)密度高，價(jià)格也比較便宜，但是由于顆粒大小不一，表面缺陷較多，與電解液的相容性比較差，副反應(yīng)比較多；而人造石墨的各項(xiàng)性能則比較均衡，循環(huán)性能好，與電解液的相容性也比較好，因此價(jià)格也會(huì)貴一些。

天然石墨雖具備成本和比容量?jī)?yōu)勢(shì)，但其循環(huán)壽命低，且一致性低于人造石墨，相較于天然改性石墨，國(guó)內(nèi)人造石墨技術(shù)發(fā)展較為成熟。天然石墨主要用于小型鋰電池和一般用途的電子產(chǎn)品鋰電池，人造石墨則憑借優(yōu)良的循環(huán)性能、大倍率充放電效率和電解液相容性等顯著優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于車(chē)用動(dòng)力電池及中高端電子產(chǎn)品領(lǐng)域。

目前隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)材料成本、加工性能、能量密度、循環(huán)壽命、快充倍率等因素的綜合要求提升，助力人造石墨成為我國(guó)負(fù)極材料中最主要的材料。人造石墨和天然石墨技術(shù)路線并沒(méi)有明確的優(yōu)劣之分，更多的是根據(jù)自身技術(shù)路線的選擇。天然石墨的結(jié)構(gòu)決定了石墨在鋰嵌入和脫嵌過(guò)程中體積產(chǎn)生較大的變化，導(dǎo)致石墨層結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而造成了較大的不可逆容量損失和循環(huán)性能的劇烈惡化。因此，天然石墨在使用時(shí)往往側(cè)重于對(duì)其進(jìn)行改性研究，改善其自身結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)提升電池性能。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，受新能源汽車(chē)應(yīng)用影響，人造石墨占比將繼續(xù)上升。而天然石墨由于其優(yōu)良的特性，例如，在膨脹石墨方面，人造石墨無(wú)法取代天然石墨；并且目前人造石墨摻雜天然石墨的復(fù)合石墨路線，也使天然石墨的需求量逐步提升，未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中天然石墨還是有自己不可取代的市場(chǎng)。

 石墨烯與石墨的區(qū)別

石墨烯只是石墨的一個(gè)原子層 - 一層sp2鍵合的碳原子排列成六角形或蜂窩狀晶格。石墨是一種常見(jiàn)的礦物質(zhì)，由多層石墨烯組成。石墨烯和石墨的結(jié)構(gòu)組成和它們的制造方法略有不同。本文重點(diǎn)介紹這兩種材料的區(qū)別。

石墨礦物：石墨是碳的三種天然存在的同素異形體之一，它自然發(fā)生在全球不同地區(qū)的變質(zhì)巖中，包括南美洲，亞洲和北美的一些地區(qū)。這種礦物是由于變質(zhì)作用期間沉積碳化合物的減少而形成的。

石墨烯：石墨中的化學(xué)鍵與金剛石中的化學(xué)鍵相似。然而，碳原子的晶格結(jié)構(gòu)有助于這兩種化合物的硬度差異; 石墨含有二維晶格鍵，而金剛石含有三維晶格鍵。每層石墨中的碳原子含有較弱的分子間鍵。這可以使各層相互滑動(dòng)，從而使石墨成為柔軟且具有延展性的材料。各種研究已經(jīng)證明石墨是具有幾種獨(dú)特性質(zhì)的優(yōu)異礦物。它傳導(dǎo)熱量和電力，即使在超過(guò)3600°C的溫度下也能保持最高的自然強(qiáng)度和剛度。這種材料是自潤(rùn)滑的，并且也耐化學(xué)品。盡管有不同形式的碳，但石墨在標(biāo)準(zhǔn)條件下非常穩(wěn)定。根據(jù)其形式，石墨被廣泛用于各種應(yīng)用。

石墨烯：奇跡材料。石墨具有超過(guò)石墨的獨(dú)特性能。盡管石墨經(jīng)常被用于鋼筋的加固，但由于它的平面很薄，所以它不能單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料。相反，石墨烯是有史以來(lái)最強(qiáng)的材料; 比金剛石強(qiáng)40倍以上，比A36結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)300倍以上。由于石墨具有平面結(jié)構(gòu)，因此其電子，聲學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)具有高度的各向異性。這意味著，聲子通過(guò)飛機(jī)時(shí)比通過(guò)飛機(jī)時(shí)更容易。然而，石墨烯具有非常高的電子遷移率，并且與石墨一樣，由于每個(gè)碳原子都存在自由的π（p）電子，所以它是良好的導(dǎo)電體。然而，石墨烯具有比石墨高得多的電導(dǎo)率，這是由于準(zhǔn)粒子的出現(xiàn)，其是電子，其功能就好像它們沒(méi)有質(zhì)量并且可以長(zhǎng)距離傳播而沒(méi)有散射。為了充分實(shí)現(xiàn)這種高電導(dǎo)率，需要進(jìn)行摻雜以克服可以在石墨烯的狄拉克點(diǎn)處可視化的狀態(tài)的零密度。

石墨烯的生成或分離科學(xué)家們使用許多技術(shù)來(lái)生產(chǎn)石墨烯。機(jī)械剝離也被稱為膠帶技術(shù)，是創(chuàng)建單層和少層石墨烯的有效方法之一。然而，世界各地的各種研究機(jī)構(gòu)正在試圖找到大規(guī)模有效地創(chuàng)造高質(zhì)量石墨烯成本的最有效途徑。化學(xué)氣相沉積（CVD）是生產(chǎn)單層或幾層石墨烯最合適的技術(shù)。該技術(shù)能夠通過(guò)還原從富含碳的來(lái)源中提取碳原子。然而，該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是難以定位合適的襯底以生長(zhǎng)石墨烯層，以及難以從襯底去除石墨烯層而不改變或破壞石墨烯的原子結(jié)構(gòu)。其他用于石墨烯生長(zhǎng)的技術(shù)是超聲處理，熱工程，二氧化碳還原，切割開(kāi)放的碳納米管和氧化石墨的還原。后一種利用熱將石墨氧化物還原成石墨烯的技術(shù)由于生產(chǎn)成本降低而最近引起了極大的關(guān)注。盡管如此，目前生產(chǎn)的石墨烯的質(zhì)量并不能滿足材料的理論潛力，需要更多的時(shí)間來(lái)完善。

以上簡(jiǎn)單介紹了關(guān)于石墨與石墨烯的區(qū)別以及相關(guān)資訊，歡迎聯(lián)系曼柯威了解更多。