人造石墨 原料
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中国人造石墨行业成本结构及行业格局分析人造石墨由石油焦、针状焦、沥青焦等原料通过粉碎、造粒、分级、高温石墨化加工等过程制成,其高结晶度是通过高温石墨化形成的,形貌以及粒径分布上较为一致。
倍率性能好、循环寿命长、极片反弹低。
目前负极材料主要以使用天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和硅碳等复合材料为主。
从价格上来看,天然石墨与人工石墨的价格范围分别在平均每吨27万之间和2-8万之间,价差并不明显。
从性能指标上看,人工石墨和天然石墨的比容量理论值在370mAhg左右,但是人工石墨的循环寿命大概在1500次,相比其他负极材料有眀显的优势。
其次,在倍率性能和安全性上,天然石墨由于与电解液反应时,相容性较差,在进行粉碎时表面存在诸多缺陷,导致对其充电或放电的性能产生较大不利影响。
高膨胀、较差的快速充放电能力、较短的循环寿命使天然石墨不适用于一些高端的应用场景。
一、成本结构直接材料(焦)+加工成本(石墨化等)占据人造石墨负极成本90%,2019年来迎来降本增厚盈利阶段。
以国内人造石墨龙头企业璞泰来的成本构成来看,直接材料占比约在40%左右,加工费占比为50%左右。
针状焦是中高端人造石墨负极的主要原材料,是一种具有明显纤维状结构的优质焦炭,在平行于颗粒长轴方向上具有导电导热性能好,热膨胀系数小等优点且易于石墨化。
复盘针状焦的价格走势,可以看到自2017年起,针状焦价格飙涨;自0.35万元/吨上涨至2017年9月的4.2万元/吨,主要原因便是短期内的供求失衡。
2017年5月,国务院出台去产能政策,取缔约1亿吨地条钢,供给缺口最后主要由新建的电炉钢厂弥补,造成了石墨电极的需求爆发。
此外新能源汽车行业也逐渐进入高速发展阶段锦上添花。
《2020-2026年中国人造石墨行业市场全景调研及发展趋势分析报告》数据显示:周期盛极必衰,行业高额的利润加速老玩家扩产&新玩家进入,产能密集释放中焦价预计将回落。
2017年下半年,金州化工等8家针状焦企业均发布了复产、扩产和投产计划。
锂电池负极材料人造石墨生产工艺详解(一)锂电池负极材料人造石墨生产工艺引言锂电池作为一种广泛应用于移动电子设备、电动车辆等领域的高性能能源储存设备,其性能的提升一直是科技创新的重点。
人造石墨作为锂电池负极材料的关键组成部分,其制备工艺直接影响着锂电池的性能和寿命。
本文将介绍一种资深创作者所研究的锂电池负极材料人造石墨生产工艺。
工艺流程1. 原料准备•石墨矿石:选择高纯度、低含杂质的天然石墨矿石作为原料。
•碳源:使用高纯度的石墨粉末作为主要碳源。
•添加剂:根据需要,可以加入一些助剂或改性剂,用于调节石墨的晶体结构和电化学性能。
2. 研磨预处理将石墨矿石研磨成细粉末,通过特定的研磨装置将石墨晶体破碎成小颗粒,提高石墨的比表面积和离子扩散速度,从而提高石墨的电化学性能。
3. 混合制浆将研磨后的石墨粉末与碳源粉末按照一定的配比混合,并加入适量的溶剂,制成石墨浆料。
混合工艺需要保证石墨粉末和碳源粉末的均匀分散,以及浆料的流动性和黏度的调节。
4. 涂布成膜将石墨浆料涂布到导电铜箔或其他导电基片上,形成一层均匀且致密的薄膜。
涂布工艺需要控制涂布的厚度、速度和涂布质量的均匀性,以确保最终产品的一致性。
5. 烘干固化将涂布好的石墨薄膜进行烘干和固化处理,使其得到稳定的物理结构。
烘干过程中要控制温度和时间,避免过度烘干或不充分烘干导致负极材料的性能下降。
6. 热处理和成型通过高温热处理和成型,使石墨薄膜的晶体结构发生相应的改变,提高其电化学性能。
热处理工艺需要根据具体需要进行温度和时间的控制,确保石墨的结晶度和导电性能达到预期要求。
7. 检测和质量控制对生产出的人造石墨进行一系列的质量检测,包括电化学性能测试、表面形貌观察等,以确保产品的质量和性能符合要求。
同时,建立完善的质量控制体系,对每一道工序进行严格的监控和管理,确保生产过程的稳定性和一致性。
结论通过以上的工艺流程,人造石墨作为锂电池负极材料的生产工艺得以实现。
石墨生产原料主要包括石油焦、针状焦和煤沥青。
石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物,属于易石墨化炭一类,是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。
针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭,焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒,在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结构。
煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一,按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青三种。
此外,石墨矿石也是制造石墨的重要原料,分为结晶石墨和无定形石墨两大类,其中结晶石墨品质优良,主要产于中国、印度、巴西、加拿大等地,是制造高档石墨制品的主要原材料。
无定形石墨则主要产于中国、俄罗斯等地,一般用于制作石墨粉末和石墨涂料等。
在石墨加工过程中,原料首先需要经过破碎、筛分等工艺处理,得到符合要求的石墨粉末。
然后将石墨粉末浸渍在酚醛树脂中并压制成形,再经过高温烧结处理,最终得到具有一定强度和导电性能的石墨制品。
以上内容仅供参考,如需更多信息,建议查阅相关文献或咨询石墨生产领域的专家。
人造石墨负极材料工艺流程1.材料准备首先,需要准备碳源和添加剂。
碳源一般使用石墨粉末,可以从天然石墨中提取或通过化学合成得到。
添加剂一般包括聚合物、导电剂和粘结剂等,用于增加材料的导电性和粘结性。
2.混合将碳源和添加剂混合在一起,确保均匀分散。
可以使用机械研磨、搅拌或球磨等方法进行混合,以确保整个材料的均匀性。
3.均化处理将混合物进行均化处理,主要是通过高温处理和化学处理来改善材料的结构和性能。
高温处理可以使石墨晶体结构更加稳定,提高导电性能。
化学处理可以通过一些试剂与材料发生反应,形成更稳定的化学结构。
4.浆料制备将均化处理后的混合物与溶剂混合,形成浆料。
溶剂一般是有机溶剂,如NMP(N-甲基吡咯烷酮)或水。
通过搅拌或超声震荡等方法将固体颗粒与溶剂完全分散并悬浮在溶剂中。
5.涂布将浆料涂布到导电基材上。
导电基材可以是铜箔或铝箔等,以提供导电性能和增强结构强度。
涂布可以使用刮涂、喷涂或印刷等方法进行,确保涂布均匀。
6.干燥将涂布的材料进行干燥,除去溶剂,形成固体薄膜。
干燥可以通过自然干燥、烘箱干燥或真空干燥等方法进行。
7.热处理将干燥后的材料进行热处理,以进一步提高材料的结构稳定性和电化学性能。
热处理温度和时间的选择取决于具体的材料和要求。
8.压片将经过热处理的材料进行压片,以增加材料的密度和强度。
压片可以使用机械压片机进行,将材料压制成所需形状和尺寸。
9.电池装配将压片后的材料作为负极材料,与正极材料和电解液一起组装成电池。
电池装配可以通过层叠、卷绕或堆叠等方法进行。
以上是一个大致的人造石墨负极材料的工艺流程。
具体的工艺流程可能因为不同的材料和要求而有所不同。
通过以上的步骤,可以制备出高品质的人造石墨负极材料,用于锂离子电池等领域。
详解:天然石墨与人造石墨的区别近年来,天然石墨资源丰富地区的政府出于发展经济的考量,积极推动天然石墨产业的发展,掀起了以天然石墨为原料开发人造石墨制品的热潮。
应该说借鉴人造石墨的制备工艺,开发石墨新产品,不失为一条拓展天然石墨应用领域的重要途径,但由于二者在结构、性能和用途等方面既有联系又有区别,因此有必要进行分析和讨论,使管理者与科研人员能正确理解和使用天然石墨材料,使天然石墨新产品的开发更加健康高效。
石墨的基本结构、性质与分类石墨的晶体结构石墨是由单一碳元素组成的物质,晶体结构属六方晶系,呈六边形层状结构。
层面上碳原子以sp2杂化轨道形成的σ键和Pz轨道形成的离域π键相结合,形成牢固的六角形网格状平面,碳-碳原子间距为1.42Å,碳原子间具有极强的键能(345KJ/mol),而碳原子平面之间则以较弱的范德华力结合(键能为16.7KJ/mol),层面间距为3.354Å。
石墨质软,呈黑灰色;有油腻感,可污染纸张。
硬度为1~2、理论密度为 2.26g/cm3 。
自然界中没有纯净的石墨,天然石墨矿物中往往含有SiO2、A12O3、FeO、CaO、P2O5、CuO 等杂质。
这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。
此外,还含有水、碳氢化合物、CO2、H2、N2等气体。
因此对石墨的分析,除测定固定碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量。
石墨的基本性质由于其特殊的结构,石墨具有如下优异性质:(1)耐高温性:石墨是最耐温的物质之一,在常压下无熔点,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失也很小。
(2)导电、导热性:石墨的导电性和导热性较高。
导热系数随温度升高而降低,在极高的温度下,石墨甚至成为绝热体。
(3)润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨晶粒大小和晶体发育程度,石墨晶粒越大,晶体发育越完善,摩擦系数越小,润滑性能也越好。
(4)化学稳定性:石墨在常温下具有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
石油焦制备人造石墨预处理石墨是一种重要的工业原料,广泛应用于电池、石墨电极、耐火材料等领域。
目前,石墨主要分为天然石墨和人造石墨两种。
天然石墨资源有限,价格昂贵,因此人造石墨的研发和制备具有重要意义。
石油焦是制备人造石墨的重要原料。
石油焦是在石油炼制过程中产生的副产品,其主要成分是碳。
石油焦具有高纯度、高结晶度、低杂质含量的特点,非常适合用于制备人造石墨。
然而,直接将石油焦用于制备人造石墨是不可行的,因为石油焦中含有一定量的杂质,如硫、氮等。
这些杂质会影响人造石墨的质量和性能。
因此,需要对石油焦进行预处理,以提高其纯度和结晶度。
石油焦制备人造石墨的预处理过程包括以下几个步骤:1. 石油焦的破碎和筛分:首先,将石油焦进行破碎和筛分,以获得适当大小的颗粒。
破碎和筛分的目的是获得均匀的颗粒大小,以便后续处理。
2. 酸洗:将破碎和筛分后的石油焦进行酸洗处理。
酸洗是通过使用强酸(如硫酸)溶解石油焦中的杂质,如硫、氮等。
酸洗可以有效去除石油焦表面的杂质,提高其纯度。
3. 碱洗:经过酸洗后,石油焦需要进行碱洗处理。
碱洗是通过使用碱性溶液(如氢氧化钠溶液)中和酸洗残留在石油焦表面的酸性物质。
碱洗可以中和和去除酸洗后残留的酸性物质,使石油焦表面中性化。
4. 水洗:碱洗后,石油焦需要进行水洗处理。
水洗是将碱洗后的石油焦用水冲洗,以去除残留的碱性物质和杂质。
水洗可以使石油焦表面恢复中性,并清洗掉其他不需要的物质。
5. 干燥:经过水洗后,石油焦需要进行干燥处理。
干燥的目的是去除石油焦表面的水分,使其达到适当的含水率。
干燥可以避免后续处理过程中的不必要的反应或变化。
通过以上预处理步骤,石油焦的纯度和结晶度得到了提高,为后续的人造石墨制备工艺奠定了基础。
经过预处理的石油焦可以进一步进行石墨化处理,即在高温下将石油焦转化为人造石墨。
总结起来,石油焦制备人造石墨的预处理过程包括破碎和筛分、酸洗、碱洗、水洗和干燥。
这些步骤可以提高石油焦的纯度和结晶度,为后续制备高质量的人造石墨提供了基础。
锂离子电池人造石墨类负极材料用原料焦锂离子电池,这个词听起来是不是有点高大上?但其实它跟我们生活的方方面面都息息相关。
想象一下,手机、电脑、甚至电动车,统统都离不开它。
今天咱们来聊聊这电池里不可或缺的一部分——负极材料。
特别是那种用人造石墨做的负极材料。
听起来好像有点复杂,其实说白了,就是一些特别的焦炭。
来,放轻松,我们一起揭开这个神秘的面纱。
负极材料就像电池里的小伙伴,默默地工作,不求回报。
石墨在这里的角色可不小,它负责储存和释放锂离子。
就像一个聪明的仓库,灵活又高效。
人造石墨呢?它更是被加工得服服帖帖,性能杠杠的。
想象一下,那种在厨房里滚来滚去的丸子,别看小,但能把大菜做得美味无比。
现在说到原料焦。
嘿,听起来有点吓人,其实它就是把一些特定的材料通过高温处理,让它们变得更加稳定。
就像我们在烹饪时,火候掌握得恰到好处,食材的味道才能被激发出来。
这个焦不仅可以提高石墨的电导率,还能增强其结构的稳定性。
说到这里,大家是不是开始想象焦的样子了?别急,咱们接着聊。
有趣的是,这些原料焦的制作过程就像是一场精心安排的舞会。
得准备好原材料。
可以是煤、石油焦等,这些材料都是大自然的馈赠。
然后,经过一系列复杂的处理,就像化妆师为明星们精心打扮一样,让它们变得更加光鲜亮丽。
这一切都为后面的石墨材料奠定了基础。
经过高温烧制后,焦变得非常稳定。
就像经历了风雨洗礼的人,变得更加成熟。
这个过程不仅能提高材料的性能,还能使其在电池使用时更加持久。
这就像是咱们在生活中经历过的挫折,反而让我们变得更加坚韧。
说到锂离子电池,人造石墨的负极材料在电池里的重要性简直就是举足轻重。
没它可不行,就好比做菜没有盐。
充电的时候,锂离子就像小精灵一样,从正极飞到负极,储存起来。
放电的时候,精灵又飞回去,释放出电能。
这个过程就像是一场精彩的舞蹈,轻盈又优雅。
而人造石墨作为负极材料,正是这场舞蹈的最佳伴侣。
再说,负极材料的选择也不是随便的。
这玩意儿得耐高温、导电性强、还得环保。
天然石墨与人造石墨负极材料辨别方法剖析锂离子电池发展20年来,理论与学术界均未对锂离子电池用碳(石墨类)负极材料:天然石墨和人造石墨负极材料的辨别方法进行深入剖析,并明确科学的辨别与判定方法,因此行业出现了天然石墨和人造石墨负极材料边界不清,鱼龙混杂的现象,给材料的合理、有效使用造成了极大影响。
天然石墨负极材料系采用天然鳞片晶质石墨,经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制得,其高结晶度是天然形成的。
而人造石墨负极材料是将易石墨化碳如石油焦、针状焦、沥青焦等在一定温度下煅烧,再经粉碎、分级、高温石墨化制得,其高结晶度是通过高温石墨化形成的。
正是由于两者在原料和制备工艺上存在本质的差别,使其在微观形貌、晶体结构、电化学性能、加工性能上存在明显差异。
为了统一标准、科学辨别、正确判定天然与人造石墨负极材料,现将经过多年探索、反复验证、切实可行的科学辨别方法公之于众:1、天然石墨与人造石墨负极材料微观形貌差异——SEM剖面分析法天然石墨负极材料SEM剖面图人造石墨负极材料SEM剖面图在微观结构上,天然石墨是层状结构,其SEM剖面图中保留了鳞片石墨的层状结构,片状结构间有大量空隙存在;而人造石墨负极材料为焦类、中间相类在高温石墨化过程中,晶体结构按ABAB结构重新排列,并聚合收缩,其内部致密、无缝隙。
2、天然石墨与人造石墨负极材料晶体结构差异——X射线衍射法从晶体结构看,天然石墨负极材料结晶度高,在XRD图谱上其(002)晶面衍射峰角度更高,层状结构完整、层间距小、取向性(I002/I110)明显,从43-45度对应的(101)晶面衍射峰位置及46-47度的对应的(012) 晶面衍射峰位置,可以看出天然石墨存在明显的2H相和3R相,而人造石墨只存在2H相。
六方石墨(2H)和菱方石墨(3R)的XRD谱图如下:3、天然石墨与人造石墨负极材料无序度(ID/IG)差异——拉曼光谱分析法对于未经石墨化处理的天然石墨与人造石墨,除了根据SEM剖面图、XRD晶体结构图及其参数进行区别外,拉曼光谱测试的无序度ID/IG也是区别这两类石墨的有效方法。
人造石墨原料
人造石墨的主要原料是石墨粉或者天然石墨经过加工处理得到的石墨材料。
石墨是一种由碳元素组成的矿物,其含碳量高达98%以上。
为了制造人造石墨,通常需要经过以下几个步骤:
1.石墨粉选矿:从天然石墨矿中提取出石墨粉末,可以通过机械
碾磨、浮选或化学处理等方法进行。
2.混合和制浆:将石墨粉末与其他添加剂(例如粘结剂、增塑剂、
填料等)混合,并添加适量的溶剂制成浆料。
3.成型和压制:将石墨浆料进行成型,可以采用压制、挤压、注
塑等工艺,使其形成所需的形状和尺寸。
4.加热和烧结:将成型后的石墨制品进行高温热处理,通常在惰
性气氛下进行,以使其结构更加致密和稳定。
通过以上步骤,石墨粉或天然石墨可以被加工成各种形状的人造石墨制品,如石墨电极、石墨热管理材料、石墨模具等。
这些人造石墨制品在电子、化工、冶金等领域有广泛的应用。
人造石墨负极材料工艺流程人造石墨负极材料是一种常用于锂离子电池、超级电容器等电化学能源存储装置的重要材料。
它具有高能量密度、高电导率、良好的循环稳定性等优点,所以在现代电池技术中得到了广泛的应用。
下面将介绍人造石墨负极材料的工艺流程。
首先,人造石墨负极材料的制备需要选择合适的原料。
常用的原料包括天然石墨、天然石墨粉末以及沥青等。
这些原料需要经过选矿、粉碎、磨细等处理,以达到细粉的要求。
其次,将细粉状的原料进行混合。
混合的目的是均匀分散各类原料,提高电极的均一性。
一般采用机械混合的方法,如球磨法、搅拌法等。
在混合过程中,可以添加一定量的粘结剂,使得混合后的原料能够在电极制备过程中保持一定的粘结能力。
然后,将混合后的原料进行成型。
传统的成型方法是通过热压法或者挤压法进行成型,以制备出电极坯体。
然而,这种方法存在热处理过程中原料流失严重、成本高等问题。
因此,现代石墨负极材料制备中,普遍采用浆料成型法或者喷涂法。
首先,将混合后的原料与适量的溶剂混合,形成稠密的浆料。
然后,通过喷涂或者浆料涂布的方式,将浆料均匀地涂覆在导电基底上。
待浆料干燥固化后,即可得到具有一定厚度的电极。
最后,对成型后的电极进行热处理。
热处理过程中,主要是石墨化和结晶的过程。
石墨化是指将非结晶形态的碳素转变为结晶形态石墨的过程。
结晶是指石墨材料中图层间距趋于正常值(0.335nm)的过程。
热处理的温度和时间会直接影响电极材料的性能。
一般来说,石墨化温度在2300℃左右,结晶温度在600℃左右。
热处理过程中,还可以通过添加少量的界面剂、促进剂等来改善电极材料的性能。
总体来说,人造石墨负极材料的制备工艺流程包括原料选择、原料混合、成型和热处理四个主要环节。
经过这些步骤,可以得到具有一定性能的石墨电极材料。
当然,随着科技的不断进步和工艺的不断改进,人造石墨负极材料的制备过程也在不断完善,以实现更高的能量密度、更长的循环寿命等要求。
石墨种类及用途一、引言石墨是由碳元素构成的一种非金属矿物,具有良好的导电性、导热性和化学稳定性等特性。
在工业生产和科学研究中,石墨被广泛应用于各种领域。
本文将介绍常见的几种石墨及其用途。
二、天然石墨天然石墨是最常见的一种石墨,主要存在于地壳中。
它具有良好的导电性和导热性,同时也是一种优良的润滑材料。
以下是天然石墨的主要用途:1. 碳化物制备:天然石墨可以作为制备碳化硅、碳化钼等碳化物材料的原料。
2. 电极材料:由于天然石墨具有优异的导电性能,在锂离子电池、太阳能电池等领域中被广泛应用。
3. 润滑剂:天然石墨可以作为润滑剂使用,因为它不仅具有良好的润滑效果,还不会对机器设备造成损害。
4. 铸造模具:天然石墨还可以作为铸造模具使用,因为它具有高温抗性和耐腐蚀性。
三、人造石墨人造石墨是通过高温石墨化处理天然石墨或其他碳质材料制成的。
它具有晶体度高、密度大、导电性好等特点,以下是人造石墨的主要用途:1. 高温材料:由于人造石墨具有优异的高温稳定性和耐腐蚀性,因此在航空航天、核工业等领域中被广泛应用。
2. 电极材料:与天然石墨相似,人造石墨也可以作为电极材料使用。
3. 碳纤维制备:人造石墨是制备碳纤维的重要原料之一,因为它可以提供纤维所需的高温和化学稳定环境。
4. 金属冶炼:在冶金行业中,人造石墨可以用作保护罩和电极,以提供高温和化学稳定环境。
四、膨胀石墨膨胀石墨是一种由天然或人造石墨经过加工处理后得到的新型材料。
它具有优异的导热性和隔热性,同时还可以吸收和扩散辐射能。
以下是膨胀石墨的主要用途:1. 隔热材料:膨胀石墨可以作为隔热材料使用,因为它可以有效地阻止热量的传递。
2. 导热材料:由于膨胀石墨具有优异的导热性能,因此在制备高导热材料时也被广泛应用。
3. 辐射保护:膨胀石墨可以吸收和扩散辐射能,因此在核工业中也被广泛应用。
五、金属基复合材料金属基复合材料是一种由金属基体和非金属增强相组成的新型材料。
其中,非金属增强相中常常包含天然或人造石墨。
人造石墨的制备过程人造石墨是一种由石墨矿石经过加工处理而得到的人工合成材料。
石墨矿石是一种具有层状结构的矿石,主要由碳元素构成。
而人工合成的石墨则可以通过多种方法获得,其中一种常见的方法是化学气相沉积法。
化学气相沉积法是一种利用化学反应在气相中合成材料的方法。
具体制备人造石墨的步骤如下:1. 原料准备:首先需要准备石墨矿石粉末作为原料。
石墨矿石通常经过破碎、磨粉等处理,得到细小的石墨粉末。
2. 反应器准备:准备一个反应器,反应器内部包含一个基底,可以是金属片或者其他适合的材料。
基底的选择要考虑到反应温度和反应气氛的要求。
3. 反应气氛控制:将反应器置于高温炉或者热处理炉中,并通过控制气氛,使其处于适合的反应环境中。
通常使用氢气作为载气,同时加入一定的甲烷或乙烷等含碳气体。
4. 反应进行:将石墨矿石粉末均匀地铺在基底上,并将整个反应器封闭。
然后,在适当的温度和气氛条件下,进行化学反应。
石墨矿石粉末会在气氛中逐渐分解,产生碳原子,并在基底上沉积形成石墨层。
5. 沉积时间控制:根据需要和实验条件,控制反应时间,通常反应时间较长,可达数小时至数十小时。
6. 冷却处理:当反应结束后,将反应器从高温炉中取出,进行冷却处理。
冷却过程需要缓慢进行,以避免石墨层受到过快的温度变化而破裂。
7. 石墨脱附处理:在冷却后,将基底从反应器中取出,并进行石墨脱附处理。
通常采用化学方法或机械方法,将石墨层与基底分离。
8. 石墨处理:将脱附后的石墨层进行进一步的处理。
可以采用研磨、筛分等方法,得到所需的石墨粉末或石墨块。
通过以上步骤,我们就可以获得人造石墨。
人造石墨具有很高的纯度和均匀的结构,可以用于制备石墨电极、导热材料、石墨催化剂等多种应用领域。
同时,人造石墨的制备过程可以根据实际需求进行调整和优化,以获得更好的性能和效果。
总结起来,人造石墨的制备过程包括原料准备、反应器准备、反应气氛控制、反应进行、沉积时间控制、冷却处理、石墨脱附处理和石墨处理等步骤。
合成石墨生产工艺
合成石墨是一种人工合成的非晶态碳材料,主要通过碳原子的化学反应来制备。
下面是一种合成石墨的工艺流程:
1. 原料准备:将碳源,如石油焦炭、天然石墨或粉煤等,研磨成细粉末,并去除杂质。
2. 原料热处理:将细粉末原料置于高温炉中,进行热处理。
此步骤可将原料中的氧、氢等非碳元素去除,使得原料纯化。
3. 原料加工:经过热处理的原料会变得更加容易加工,在适当的温度和压力下,将原料压制成块状。
4. 高温石墨化:将固态原料块置于高温石墨化炉中,通入高纯度的惰性气体(如氩气),并升高温度。
在高温下,碳原料会发生结构变化,形成石墨结构。
5. 冷却和分级:经过石墨化反应后的样品冷却至室温,并进行粒度分级,将符合要求的石墨产品分离出来。
6. 石墨产品处理:经过分级的石墨产品可能还需要进行进一步的处理,如研磨、烧结、表面处理等,以满足特定的技术要求。
需要注意的是,合成石墨的工艺流程可以有所不同,因为不同的工艺条件和设备会对最终的石墨产品性质产生影响。
以上是一种较为常见的合成石墨生产工艺。
中国人造石墨产业发展前景一、人造石墨发展概况一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。
而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料,如石墨电极、等静压石墨等。
制造人造石墨的方法有很多种,常见的是,以主要原料是粉状的优质煅烧石油焦,在其中加沥青作为粘结剂,再加入少量其他辅料。
各种原材料配合好以后,将其压制成形,然后在2500~3000℃、非氧化性气氛中处理,使之石墨化。
人造石墨应用领域主要分布在冶金工业、机械工业、化学工业中,其中在冶金工业中,天然鳞片石墨因抗氧化性较好可用于生产镁碳砖和铝碳砖等耐火材料。
人造石墨可以作为炼钢电极,而天然石墨制成的电极就难以用于使用条件较苛刻的炼钢电炉。
二、人造石墨产量负极材料可分为碳材料和非碳材料两大类,碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳等,非碳材料包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。
2015-2019年中国负极材料产量呈阶梯式增长,2018年中国负极材料产量为19.2万吨,同比增长31.51%;2019年中国负极材料产量为26.5万吨,同比增长38.02%。
随着动力电池能量密度的提升以及人造石墨深加工技术成熟,人造石墨需求量也越来越大。
2015年以来中国人造石墨产量呈阶梯式增长,2018年中国人造石墨产量13.2万吨,较上年增加3.2万吨,同比增长32%,人造石墨产量占负极材料产量的68.75%;2019中国人造石墨产量20.8万吨,较上年增加7.6万吨万吨,同比增长57.58%,人造石墨产量占负极材料产量的78.49%。
三、人造石墨主营企业随着行业格局变化,2019年中国贝特瑞、上海杉杉科技、江西紫宸人造石墨出货量分别是23500吨、42100吨、46500吨,目前人造石墨市场已呈现出杉杉和紫宸双寡头的格局,这两家企业2019年人造石墨总出货量均在4万吨以上。
人造石墨与天然石墨表面的官能团分析一、简介1.1 人造石墨与天然石墨的区别石墨是一种重要的非金属矿物,通常存在于沉积岩、变质岩和岩浆岩中。
从形成过程来看,石墨可分为天然石墨和人造石墨两类。
天然石墨是通过地质作用形成的天然矿物,其主要成分为碳元素。
而人造石墨是通过人工处理天然石墨或其他碳源制备而成的。
1.2 石墨表面的官能团石墨的表面具有一定的化学活性,其官能团主要包括羟基、羧基、酮基、羰基等。
这些官能团对石墨的物理和化学性质具有重要影响,尤其对于石墨的增强改性和功能化应用具有重要意义。
二、人造石墨与天然石墨表面官能团的比较2.1 天然石墨表面的官能团天然石墨的表面通常包含有氧化物、羟基、羧基等官能团。
这些官能团的存在使得天然石墨具有一定的亲水性和化学活性。
然而,天然石墨的官能团含量和分布是不均匀的,这导致了其性能的不稳定性。
天然石墨通常需要经过表面改性才能满足特定的应用需求。
2.2 人造石墨表面的官能团与天然石墨相比,人造石墨的表面官能团含量和分布通常更加均匀。
通过控制制备工艺和表面处理方法,可以有效地调控人造石墨表面的官能团类型和含量。
这使得人造石墨在一些特定的应用领域具有明显的优势,例如在聚合物复合材料、润滑剂、电池材料等方面的应用具有广阔的前景。
三、影响因素和应用前景3.1 影响石墨表面官能团的因素石墨表面官能团的类型和含量受到多种因素的影响,包括原料的品质、加工工艺、表面处理方法等。
选择合适的原料和制备工艺,以及利用表面处理技术进行改性,可以有效地调控石墨表面的官能团,从而实现其在不同领域的特定应用需求。
3.2 应用前景石墨作为一种重要的功能材料,在电池材料、填料增强材料、润滑材料等领域具有广泛的应用前景。
通过调控石墨表面的官能团类型和含量,可以实现其在这些领域的特定功能,例如提高电池材料的循环性能、提高复合材料的力学性能、改善润滑性能等。
四、结论石墨表面的官能团对其物理和化学性质具有重要影响,通过对人造石墨和天然石墨表面官能团的比较分析,可以发现人造石墨在表面官能团类型和含量方面具有一定的优势,这为其在特定领域的应用提供了良好的基础。
沥青焦人造石墨oi值摘要:一、沥青焦概述二、人造石墨简介三、OI值含义及影响因素四、沥青焦与人造石墨OI值的关系五、OI值在沥青焦和人造石墨应用中的重要性六、提高OI值的方法及建议正文:一、沥青焦概述沥青焦是一种碳素物质,由高温加热石油沥青或煤沥青制得。
它具有高碳、高热值、高电阻率等特点,广泛应用于钢铁、有色金属等领域。
二、人造石墨简介人造石墨是一种人工合成的碳素材料,主要由石墨矿物或其他碳源经过高温烧结、石墨化处理而制成。
人造石墨具有优良的导电、导热、抗磨损等性能,广泛应用于电子、化工、冶金等行业。
三、OI值含义及影响因素OI值(氧指数)是衡量材料燃烧性能的一个重要指标。
它表示材料在氧气和氮气混合气体中燃烧时,所需氧气量的百分比。
OI值受材料成分、制备工艺、孔隙结构等因素影响。
四、沥青焦与人造石墨OI值的关系沥青焦和人造石墨的OI值直接影响其在应用领域的安全性。
一般来说,OI值越低,材料的燃烧性能越好,应用安全性越高。
因此,在选择沥青焦和人造石墨时,应关注其OI值。
五、OI值在沥青焦和人造石墨应用中的重要性在实际应用中,低OI值的沥青焦和人造石墨可降低火灾风险,提高产品安全性。
此外,OI值还可以反映材料的孔隙结构、比表面积等性能,进而影响其在导电、导热等方面的性能。
六、提高OI值的方法及建议为提高沥青焦和人造石墨的OI值,可采取以下措施:1.优化原料配比,选择低氧含量的原料;2.改进制备工艺,提高石墨化程度;3.控制孔隙结构,减少氧气通道;4.表面处理,增加材料表面光滑度,降低氧气吸附能力。
综上所述,沥青焦和人造石墨的OI值对其应用领域具有重要指导意义。
在选择和使用这两种材料时,应关注其OI值,以提高产品安全性和性能。
人造石墨造粒热解人造石墨是一种重要的材料,在许多领域都有广泛的应用。
石墨是由碳元素组成的一种晶体,具有良好的导电性、导热性和化学稳定性。
然而,天然石墨资源有限且分布不均,因此人造石墨的研究和开发具有重要的意义。
人造石墨的制备方法有多种,其中一种常用的方法是热解法。
热解是指将原料在高温条件下进行分解或转化的过程。
人造石墨的制备过程中,石墨前体材料通常是石墨矿石或石墨矿石的氧化物。
在石墨矿石的制备过程中,首先需要将石墨矿石进行破碎和磨矿处理,得到细小颗粒的石墨矿石粉末。
然后,将石墨矿石粉末与适量的粘结剂混合,形成石墨矿石浆料。
石墨矿石浆料经过过滤、压制和干燥等工艺步骤,得到石墨矿石块体。
接下来,将石墨矿石块体放入石墨热解炉中进行热解处理。
热解炉通常采用高温电阻加热炉或高频感应加热炉。
石墨热解炉中的石墨矿石块体在高温条件下逐渐分解,产生石墨结晶。
石墨矿石的热解过程需要控制合适的温度和时间。
过高的温度可能导致石墨结晶不完全,而过低的温度则可能影响石墨结晶的质量。
同时,石墨矿石的热解时间也需要控制在一定范围内,以保证石墨结晶的完整性和稳定性。
石墨矿石的热解过程中,石墨结晶的生长主要是通过石墨矿石中的碳原子重新排列和堆积形成的。
石墨结晶的生长速率取决于热解温度、时间和石墨矿石的物理性质等因素。
石墨结晶的形状和大小也会受到这些因素的影响。
石墨矿石的热解过程中,还有一些其他因素需要考虑。
例如,石墨矿石中的杂质元素和气体会对石墨结晶的生长产生影响。
杂质元素和气体的存在可能导致石墨结晶的形状不规则或产生其他缺陷。
因此,在石墨矿石的热解过程中,还需要进行适当的处理和控制。
人造石墨的制备过程中,还可以采用其他方法,如化学气相沉积法、化学气相沉淀法和物理气相沉积法等。
这些方法在原理和操作上有所不同,但都可以实现人造石墨的制备。
人造石墨的制备是一个复杂的过程,涉及到物理、化学和材料科学等多个学科的知识。
研究和开发人造石墨的方法和工艺,对于推动材料科学的发展和满足社会对高性能材料的需求具有重要意义。
石油焦人造石墨振实密度一、石油焦的概述石油焦是一种由石油炼制过程中副产生的固体燃料,它具有高热值、高固定碳含量和低挥发分的特点。
石油焦通常用于铸造、制钢、电解铝等工业领域。
其中,人造石墨是石油焦的重要应用之一。
二、人造石墨的制备过程人造石墨的制备过程主要包括石油焦的热处理和石墨化处理两个步骤。
2.1 石油焦的热处理石油焦经过热处理后,其杂质含量和挥发分会大大降低,同时固定碳含量和结晶度会增加。
热处理过程中,石油焦被加热至高温,通过热解和石墨化反应,使其转变为人造石墨的前体材料。
2.2 石墨化处理石墨化处理是将经过热处理的石油焦进行再加热,使其进一步结晶并形成石墨晶体的过程。
石墨化处理的温度通常在3000℃以上,通过高温处理,可以使石油焦中的结晶度和晶粒尺寸得到进一步提高,从而获得高质量的人造石墨。
三、人造石墨振实密度的意义人造石墨振实密度是指在一定振实条件下,单位体积的人造石墨中所含固体物质的质量。
它是评价人造石墨品质的重要指标之一。
3.1 影响人造石墨振实密度的因素1.石油焦的质量:石油焦的质量直接影响到人造石墨的品质,而人造石墨的振实密度也会受到石油焦质量的影响。
2.石墨化处理的温度:石墨化处理的温度越高,人造石墨的结晶度和晶粒尺寸越大,振实密度也会相应增加。
3.石墨化处理时间:石墨化处理时间的长短也会对人造石墨的振实密度产生影响,通常情况下,石墨化处理时间越长,振实密度越高。
3.2 人造石墨振实密度的意义人造石墨振实密度的高低直接影响到人造石墨的物理性能和化学性能。
高振实密度的人造石墨具有更好的导电性、导热性和耐腐蚀性,因此在电池、锂离子电池、核电站等领域有着广泛的应用。
四、人造石墨振实密度的测试方法人造石墨振实密度的测试通常采用气比重法。
具体步骤如下:4.1 样品制备将待测的人造石墨样品研磨成粉末,并将其过筛,以获得粒度均匀的样品。
4.2 测试仪器准备准备好气比重测试仪器,并根据仪器说明进行校准。
锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大材料组成。
锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用,主要影响锂电池的首次效率、循环性能等。
负极材料占锂电池成本的6%~10%。
目前市场上的负极材料大多采用人造石墨和天然石墨,今天我们就来介绍人造石墨的生产工艺。
人造石墨需经过四个大工序、十余个小工序
人造石墨的骨料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类。
其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广:一般来讲,高比容量的负极采用针状焦作为原材料,普通比容量的负极采用价格更便宜的石油焦作为原料。
沥青则作为粘结剂。
图表人造石墨原材料分类
人造石墨是将骨料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。
基本的工序流程是一致的,但具体到每家企业的制备工艺,又都会有一定的差异。
以人造石墨出货量排名国内第一的江西紫宸为例,其人造石墨的制备工艺流程图如下:
图表江西紫宸人造石墨的生产工序
我们概述紫宸的生产工序大致如下:
(1)预处理
根据产品的不同,将石墨原料与沥青按不同比例混合,混合比例为100:(5~20),物料通过真空上料机转入料斗,然后由料斗放入空气流磨中进行气流磨粉,将5~10mm粒径的原辅料磨至5-10微米。
气流磨粉后采用旋风收尘器收集所需粒径物料,收尘率约为80%,尾气由滤芯过滤器过滤后排放,除尘效率大于99%。
滤芯材质为孔隙小于0.2微米的滤布,可将0.2微米以上的粉尘全部拦截。
风机控制整个系统呈负压状态。
(2)造粒
造粒分为热解工序和球磨筛选工序。
热解工序:将中间物料1投入反应釜中,用N2将反应釜内空气置换干净,反应釜密闭,在2.5Kg的压力条件下,按照温度曲线进行电加热,于200~300℃搅拌1-3h,而后继续加热至400-500℃,搅拌得到粒径在10-20mm的物料,降温出料,即中间物料2。
反应釜中挥发气由风机抽出,经冷凝罐冷凝,液态以焦油状凝结,气态废气由风机引出,经活性炭过滤后排空。
球磨筛分工序:真空进料,将中间物料2输送至球磨机进行机械球磨,10~20mm物料磨制成6~10微米粒径的物料。
球磨制得的粉料经管道输送至筛分机进行筛分,筛下物用自动打包计量装置进行计量包装,得到中间物料3。
筛上物由管道真空输送返回球磨机再次球磨。
球磨和筛分全部密闭进行,物料采用真空输送,气料通过空气喷吹震打分离,气料分离后的含尘废气通过滤芯过滤器过滤后车间排放。
(3)外协石墨化
石墨化工序采用外协加工的形式处理,将中间物料3就近委托碳素厂进行石墨化加工。
(4)球磨筛分
石墨化后的物料通过真空输送到球磨机,进行物理混合、球磨,使用270目的分子筛进行筛分,筛下物进行检验、计量、包装入库。
筛上物进一步球磨达到粒径要求后在进行筛分。
可以看出,从原料焦炭到最终的锂电池负极材料,中间需要经过四个大的工艺步骤(破碎、造粒、石墨化、筛分),此四大步又可细分为十余个小的工序,整体的制备流程是非常长的。
造粒、石墨化环节体现技术门槛
人造石墨的四大工序中,破碎和筛分相对简单,体现负极行业技术门槛和企业生产水平的主要是造粒和石墨化两个环节。
造粒:石墨颗粒的大小、分布和形貌影响着负极材料的多个性能指标。
总体来说,颗粒越小,倍率性能和循环寿命越好,但首次效率和压实密度越差,反之亦然,而合理的粒度分布(将大颗粒和小颗粒混合)可以提高负极的比容量;颗粒的形貌对倍率、低温性能等也有比较大的影响。
图表颗粒大小对倍率性能的影响
图表人造石墨的粒度分布
因此,负极企业需具备对颗粒粒度和形貌的设计和控制能力,以获得期望中的性能指标。
图表不同形貌的人造石墨
石墨化是人造石墨制备过程中另一个关键环节,这个环节的作用是将碳原子由热力学上不稳定的“二维无序重叠”排列转变为“三维有序重叠”排列。
人造石墨生产中最常用的石墨化炉是艾奇逊石墨化炉。
艾奇逊石墨化炉的问题是容易造成温度分布不均并产生热应力。
当炉温上升较快时,可能产生明显的外热内冷的情况,产生裂纹废品。
近年来另一种兴起的石墨化炉:内串炉也有不小的问题。
(如容易造成坩埚上石墨粉脱落引入杂质粉尘,同时产品在石墨化过程中所产生的挥发也不易排出,导致纯度不高)。
为了得到较好的石墨化效果,负极企业需要做好以下几个方面:
1、掌握向炉中装入电阻料和物料的方法(有卧装、立装、错位和混合装炉等),并能根据电阻料性能的不同调整物料间的距离;
2、针对石墨化炉容量和产品规格的不同,使用不同的通电曲线,控制石墨化过程中升温和降温的速率;
3、在特定情况下,在配料中添加催化剂,提高石墨化度,即“催化石墨化”。
图表工作中的石墨化炉
除此之外,原料品种(石油焦、针状焦、粘结剂)的选择和配比也是负极的一大核心技术。