負極材はリチウムイオン電池の中核部品です。リチウムイオン電池のレート特性を決定づけるだけでなく、初期充放電効率やサイクル安定性にも影響を与えます。天然黒鉛負極は、天然の薄片状黒鉛から製造されます。製造工程は以下のとおりです。 粉砕、球状化、 分類グラファイトは、精製、表面改質などの用途に広く利用されています。低コスト、豊富、安全、無毒といった利点があり、優れた導電性も備えています。中でも球状黒鉛は、優れた導電性、高結晶性、低コストといった利点に加え、充放電電位が低く平坦、サイクル寿命が長く、環境に優しいといった特徴も備えています。そのため、リチウムイオン電池製造における負極材料の代替品として、徐々に注目を集めています。 球状黒鉛の製造 製造プロセスを最適化し、高品質の球状黒鉛を得るために不可欠です。
球状グラファイトを使用する理由
天然黒鉛は優れた導電性、高い結晶性、良好な層状構造を有しており、現在、リチウムイオン電池の負極材料として最も広く使用されています。黒鉛負極には一般的に天然の鱗片状黒鉛が用いられますが、以下の欠点があります。
- 鱗片状黒鉛粉末は比表面積が大きく、負極の初期充放電効率に大きな影響を与えます。
- グラファイトの層状構造により、Li⁺ は端からのみ進入し、内側に拡散します。
片状グラファイトの異方性により、Li⁺ の拡散が長く不均一になり、容量が低下します。 - グラファイトの層間間隔が狭いため、Li⁺の拡散抵抗が増加し、レート特性が低下します。急速充電時には、Li⁺が表面に析出し、デンドライトを形成し、安全上のリスクが生じる傾向があります。
これらの問題に対処するには、黒鉛を改質して負極性能を最適化する必要があります。重要な方法の一つは球状化です。球状天然黒鉛は表面積が小さく、タップ密度が高いため、初期クーロン効率、可逆容量、サイクル安定性が向上します。
球状黒鉛の入手方法
球状黒鉛は通常、高品質で炭素含有量の高い天然の鱗片状黒鉛から製造されます。高度な加工技術により表面を加工することで、粒度が異なる楕円形の球状黒鉛が作られます。
球状黒鉛は、天然の薄片状黒鉛をハニカムミルを用いて適切な粒子サイズに機械的に粉砕することで製造されます。その後、ミルからの空気流によって角が丸められ、楕円形または球形に近い形状に成形されます。分級機によって球状粒子と、丸め加工中に剥離した微粉が分離され、正規分布の球状黒鉛が得られます。
In addition to natural flake graphite, researchers have developed artificial spherical graphite. For example, graphite electrode cutting waste—after clean processing—is used as raw material. A novel wet-phase pressurized coating–granulation method, combined with box furnace carbonization, enables low-cost, high-quality, eco-friendly production. This process yields artificial spherical graphite anodes with a core–shell structure.
結論
In summary, the preparation of spherical graphite with desirable particle morphology is a complex process influenced by multiple factors. The characteristics of the graphite raw material, including its crystal structure and purity, lay the foundation for the final particle shape. The preparation process parameters, such as grinding method, time, and intensity, heat treatment temperature, heating rate, holding time, and chemical treatment with oxidizing agents and surfactants, all interact to determine the morphology of the spherical graphite particles. By carefully controlling these key factors, it is possible to optimize the preparation process and produce high – quality spherical graphite with the desired particle morphology for various applications, particularly in the rapidly developing field of lithium – ion batteries.
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