中國粉體網(wǎng)訊 2021年4月26日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2021天然石墨及負(fù)極材料網(wǎng)絡(luò)研討會”于下午13:30準(zhǔn)時開始。來自中南大學(xué)的周向陽教授、蘇州大學(xué)的鄭洪河教授、以及武漢理工大學(xué)的羅立群副教授分享了精彩報告。
石墨類負(fù)極的低成本開發(fā)思考
目前，中國石油對外的依賴程度非常高，對外依賴度從1993年的1%左右上升至2019年70.8%，能源的依賴度高達(dá)70%以上。國家發(fā)展新能源，是從能源角度解決對石油的依賴性問題，而儲能電池、動力電池的應(yīng)用，離不開對電池的研究。隨著鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，需求越來越大。作為組成之一的-負(fù)極材料，在鋰離子電池中占據(jù)非常重要的位置。中南大學(xué)周向陽教授首先從國家能源戰(zhàn)略角度、碳負(fù)極的分類及國內(nèi)市場情況做了概述，重點(diǎn)分析了碳負(fù)極存在的主要問題及解決思路，以碳負(fù)極的研發(fā)角度思考石墨類負(fù)極的低成本開發(fā)。
市場上主流負(fù)極石墨產(chǎn)品主要是天然石墨與人造石墨兩大類。據(jù)周向陽教授介紹，碳負(fù)極存在的主要問題：（1）天然石墨的成本較低，但是由于各向異性，該材料的應(yīng)用受限。（2）人造石墨的倍率等性能良好，但是需要造粒與石墨化等工序（具體步驟比如：粗粉/細(xì)粉、球化包裹、焦油處理），整體算下來制造成本高。
（來源：周向陽：石墨類負(fù)極的低成本開發(fā)思考ppt）
碳負(fù)極的主要研發(fā)方向愿景：把人造石墨的價格做的像天然石墨一樣低；把天然石墨的性能做的像人造石墨一樣好！不管哪種愿景，都離不開提高碳負(fù)極的性價比同時降低成本這條中心思路。對于人造石墨的研發(fā)思路，主要是通過尋找新的碳源以及開發(fā)低成本過程技術(shù)與裝備。而對于天然石墨的研發(fā)思路，基于天然石墨的各向異性，故從表面處理、碳包覆、摻雜改性等方面進(jìn)行研究。
具有電解質(zhì)普適性的高性能石墨負(fù)極材料推動鋰離子電池系統(tǒng)革新
人工石墨的高能耗、SEI膜不穩(wěn)定（石墨材料的共性問題）、過度依賴EC電解液和成膜添加劑，使得鋰離子電池碳負(fù)極材料的發(fā)展開始聚焦于天然石墨。要充分利用我國天然石墨資源的優(yōu)勢，就要解決天然石墨應(yīng)用的根本---表界面問題。工作的重點(diǎn)可以從構(gòu)筑穩(wěn)定的界面、降低表界面活性、發(fā)展高性能SEI膜、延長電極壽命、降低電極產(chǎn)氣等考慮。
人工表界面技術(shù)目前已經(jīng)有很多種方法，但是都是物理表面的保護(hù)，是惰性保護(hù)層。蘇州大學(xué)的鄭洪河教授另辟新徑，通過表面處理、功能分子嫁接、功能分子轉(zhuǎn)化、形成連續(xù)均勻的單分子納米保護(hù)層、發(fā)展了具有電活性的納米可調(diào)控界面。這種人工原位技術(shù)的優(yōu)勢，解決電極界面SEI膜的人工設(shè)計和原位轉(zhuǎn)化，突破EC電解液電解液體系的局限。
（來源：鄭洪河：具有電解質(zhì)普適性的高性能石墨負(fù)極材料推動鋰離子電池系統(tǒng)革新ppt）
這種高性能天然石墨技術(shù)可以改變我國低價出高價進(jìn)的現(xiàn)狀；這種方法同樣適用于人工石墨和硅基材料。鄭教授發(fā)明的這種普適性的石墨負(fù)極材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以適用于多種不同的電解液體系；比表面大，首次庫倫效率高，是發(fā)展高功率和低溫鋰離子電池的重要選擇；低能耗生產(chǎn)高性能負(fù)極材料，也是碳中和和碳達(dá)峰的重要選擇。
天然石墨資源到柔性石墨制品的若干技術(shù)發(fā)展
武漢理工大學(xué)的羅立群副教授從石墨的基本性質(zhì)與資源特性、石墨資源到柔性石墨制品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、石墨資源與選礦工藝及特點(diǎn)（保護(hù)大鱗片）、天然石墨的提純技術(shù)、鱗片石墨插層技術(shù)、高導(dǎo)熱柔性石墨散熱膜生產(chǎn)，層層剖析從石墨到柔性石墨制品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，展示了石墨發(fā)展瓶頸與問題，探討了石墨發(fā)展前景，并提出了發(fā)展建議。
眾所周知，柔性石墨和膨脹石墨是重要的石墨深加工產(chǎn)品，柔性石墨是由天然鱗片石墨加工而得。天然鱗片石墨資源經(jīng)選礦加工，獲得石墨精礦；石墨精礦經(jīng)過提純，得到高純鱗片石墨產(chǎn)品；將高純鱗片石墨經(jīng)插層制備成石墨間化合物，即可得到膨脹石墨；再經(jīng)過高溫膨脹，制備成膨脹石墨，即石墨蠕蟲；經(jīng)多段壓制而制成石墨紙、石墨膜，即柔性石墨。
（來源：羅立群：天然石墨資源到柔性石墨制品的若干技術(shù)發(fā)展ppt）
多年來，羅教授一直注重產(chǎn)學(xué)研的研究，致力于技術(shù)的轉(zhuǎn)化，親身奮戰(zhàn)在企業(yè)基層，解決企業(yè)生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問題。先后在黑龍江雞西市、山東青島平度、萊西、江蘇常熟等地先后建成5條生產(chǎn)線，其中2條1.5m寬石墨紙生產(chǎn)線、3條1m寬度的散熱膜生產(chǎn)線。以“袁隆平”精神腳踏實(shí)地的奮戰(zhàn)在一線！
石墨是國家的戰(zhàn)略資源，素有“黑金子” 的美稱，在各行各業(yè)均有重要的應(yīng)用；隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)和功能化開發(fā)研究的深入，加速了石墨產(chǎn)業(yè)的開發(fā)與應(yīng)用。但是在發(fā)展的同時，諸多問題也開始突顯。三位教授分別從自己的研究角度出發(fā)，解析了研究中的現(xiàn)狀與存在的問題，以期集思廣益，共同探討對石墨資源保護(hù)性開采、謀劃石墨產(chǎn)業(yè)的整體布局、加快石墨制品的深度開發(fā)、攻克石墨發(fā)展的技術(shù)瓶頸、拓展石墨制品的應(yīng)用領(lǐng)域，保障石墨產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、高效、健康發(fā)展。
基于碳素材料的獨(dú)特優(yōu)勢，碳材料應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛（軍事、航天、醫(yī)療……）；另一方面，中國占據(jù)著全球天然石墨的77%，世界首位。但不幸的是，只占據(jù)資源，卻不占有獨(dú)到的技術(shù)。結(jié)合老師們的分享、觀眾們的討論交流，對于石墨的研究仍將是未來一段時間的重點(diǎn)研究方向，隨著國家“碳中和和碳達(dá)峰“的戰(zhàn)略性統(tǒng)籌，相信會有越來越多的人投入石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中來。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
