埃尔派知识课堂：天然石墨为什么要球形化

球形石墨属于石墨产品中的高附加值深加工产品，具有品质稳定、振实密度大、比表面积小、粒度分布集中等特点，是目前较为理想的锂电池负极材料。

天然石墨为什么要球形化

天然石墨导电性好、结晶度高，且具有良好的层状结构。天然鳞片石墨常用作锂离子电池的负极材料，但也存在很多缺点。

石墨的片层结构决定，锂离子只能先嵌入材料端面再逐渐扩散进颗粒内部，由于鳞片石墨的各向异性，锂离子的扩散路径较长且不均匀，导致比容量较低。而石墨较小的层间距又增加了锂离子的扩散阻力，致使其倍率性能较差，快速充电时锂离子易在石墨表面沉积形成锂枝晶，造成严重的安全隐患。此外，鳞片石墨粉较大的比表面积也会影响负极的首次充放电效率。

为解决鳞片石墨的缺陷，优化负极材料性能，需要对石墨进行改性，目前最常用的改性方法之一就是球形化处理。球形化的天然石墨材料具有更小的比表面积，更高的振实密度，从而具有更高的首次库伦效率、可逆充放电容量及更优异的循环稳定性。

天然石墨球形化工艺

生产球形石墨主要以优质的高碳天然鳞片石墨为原料，各球形石墨生产厂商使用机械力法对天然石墨进行球形化处理，通过机械产生的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用力使石墨颗粒发生塑性变形和颗粒吸附，从而得到球形石墨。

传统的球形化工艺通常分为粉碎和整形两个阶段。粉碎阶段是将石墨鳞片粉碎至适合整形的粒度，同时除去粉碎过程中产生的细粉。整形阶段是将鳞片状的石墨颗粒，以及在粉碎阶段被整形成类球形的石墨颗粒球形化。

天然鳞片石墨颗粒呈片状结构，在球形化的过程中会发生片状弯曲的塑性变形。大片状颗粒折叠弯曲，被逐渐冲击成球形或类球形，成为球形颗粒的主核。由片状石墨破碎产生的或原料中含有的微细颗粒附着在主核上，在冲击力的作用下微细颗粒固定或嵌入主核表面，不断紧实，最终形成球形石墨颗粒。

球形化设备对球形化效果的影响

球形化设备的结构及运行参数都会对球形化产生影响，如锤头大小及形状、锤头排布和齿圈间距、磨盘转速、系统风量、分级机转速、加料方式与加料速度等。

1、磨盘转速

粉碎时，锤头的线速度越大粉体获得的粉碎能量就越大。在粉碎特定的物料时，需要根据产品的粒度和形貌规定一个特定的冲击粉碎速度。

2、系统风量

系统风量对冲击磨粉碎腔内的气流上升速度和分级机的切割粒径都有着最直接的影响，同等条件下，系统风量越大气流上升的速率就越大，分级机的切割粒径就越大，反之则越小。

3、分级机转速

球形化设备配套分级机一般为叶片型涡流分级机，分级机外接变频器，以便调整分级机的转速。在系统流量和分级机结构固定的情况下，分级机的切割粒径和分级机转速呈反比关系，即分级机转速越高分离出的粉体粒度越小。因此要严格控制分级精度，保证成球率。

4、加料方式与加料速度

磨盘的加料方式会影响粉体的产量和质量，采用磨盘下方加料时，物料会阻碍气流进入粉碎区，导致粉碎效率降低。加料的速度尽量是连续的，加料量力求做到定量。

近年来，锂离子电池在计算机、通讯和消费类3C电子产品中的使用迅速增长。随着混合动力汽车和纯电动汽车市场规模的迅速壮大，锂离子动力电池也迎来了爆发式的增长。因此，在未来需要继续加强对石墨球化机理和工艺的研究，改进现有球形化设备，并研发新型球化设备，以应对市场对于球形石墨需求量的增多，以及对产品质量稳定性要求的提升。