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當前位置：石墨烯與石墨的區別
發布時間：2022-12-08 13:58:28
天然石墨和人造石墨誰更具潛力？石墨烯與石墨的區別又有哪些呢？
負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的負極材料，非碳系材料中硅基負極材料是目前大家關注更多的。目前石墨類的負極材料為主流的負極材料，主要分為人造石墨以及天然石墨。天然石墨源自礦山，從礦山采礦并經過浮選、球化、表面包覆制成；人造石墨源于煤和石油化工副產物，是以石油或煤化工的副產物煤焦油瀝青或渣油為原料，經延遲焦化制成針狀焦，并經過造粒、石墨化制成。隨著新能源汽車及動力電池銷量持續增長，負極材料需求依舊旺盛，負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更具潛力呢？
天然石墨大小顆粒不一，粒徑分布廣，開采出來的天然石墨礦需要經過經過浮選、球化、表面包覆等步驟制成天然石墨負極材料，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，壓實密度高，價格也比較便宜，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，副反應比較多；而人造石墨的各項性能則比較均衡，循環性能好，與電解液的相容性也比較好，因此價格也會貴一些。
天然石墨雖具備成本和比容量優勢，但其循環壽命低，且一致性低于人造石墨，相較于天然改性石墨，國內人造石墨技術發展較為成熟。天然石墨主要用于小型鋰電池和一般用途的電子產品鋰電池，人造石墨則憑借優良的循環性能、大倍率充放電效率和電解液相容性等顯著優勢，廣泛應用于車用動力電池及中高端電子產品領域。
目前隨著動力電池市場的持續擴大，對材料成本、加工性能、能量密度、循環壽命、快充倍率等因素的綜合要求提升，助力人造石墨成為我國負極材料中最主要的材料。人造石墨和天然石墨技術路線并沒有明確的優劣之分，更多的是根據自身技術路線的選擇。天然石墨的結構決定了石墨在鋰嵌入和脫嵌過程中體積產生較大的變化，導致石墨層結構破壞，進而造成了較大的不可逆容量損失和循環性能的劇烈惡化。因此，天然石墨在使用時往往側重于對其進行改性研究，改善其自身結構缺點提升電池性能。預計未來幾年，受新能源汽車應用影響，人造石墨占比將繼續上升。而天然石墨由于其優良的特性，例如，在膨脹石墨方面，人造石墨無法取代天然石墨；并且目前人造石墨摻雜天然石墨的復合石墨路線，也使天然石墨的需求量逐步提升，未來的經濟發展中天然石墨還是有自己不可取代的市場。
石墨烯與石墨的區別
石墨烯只是石墨的一個原子層 - 一層sp2鍵合的碳原子排列成六角形或蜂窩狀晶格。石墨是一種常見的礦物質，由多層石墨烯組成。石墨烯和石墨的結構組成和它們的制造方法略有不同。本文重點介紹這兩種材料的區別。
石墨礦物：石墨是碳的三種天然存在的同素異形體之一，它自然發生在全球不同地區的變質巖中，包括南美洲，亞洲和北美的一些地區。這種礦物是由于變質作用期間沉積碳化合物的減少而形成的。
石墨烯：石墨中的化學鍵與金剛石中的化學鍵相似。然而，碳原子的晶格結構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，從而使石墨成為柔軟且具有延展性的材料。各種研究已經證明石墨是具有幾種獨特性質的優異礦物。它傳導熱量和電力，即使在超過3600°C的溫度下也能保持最高的自然強度和剛度。這種材料是自潤滑的，并且也耐化學品。盡管有不同形式的碳，但石墨在標準條件下非常穩定。根據其形式，石墨被廣泛用于各種應用。
石墨烯：奇跡材料。石墨具有超過石墨的獨特性能。盡管石墨經常被用于鋼筋的加固，但由于它的平面很薄，所以它不能單獨用作結構材料。相反，石墨烯是有史以來最強的材料; 比金剛石強40倍以上，比A36結構鋼強300倍以上。由于石墨具有平面結構，因此其電子，聲學和熱學性質具有高度的各向異性。這意味著，聲子通過飛機時比通過飛機時更容易。然而，石墨烯具有非常高的電子遷移率，并且與石墨一樣，由于每個碳原子都存在自由的π（p）電子，所以它是良好的導電體。然而，石墨烯具有比石墨高得多的電導率，這是由于準粒子的出現，其是電子，其功能就好像它們沒有質量并且可以長距離傳播而沒有散射。為了充分實現這種高電導率，需要進行摻雜以克服可以在石墨烯的狄拉克點處可視化的狀態的零密度。
石墨烯的生成或分離科學家們使用許多技術來生產石墨烯。機械剝離也被稱為膠帶技術，是創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構正在試圖找到大規模有效地創造高質量石墨烯成本的最有效途徑。化學氣相沉積（CVD）是生產單層或幾層石墨烯最合適的技術。該技術能夠通過還原從富含碳的來源中提取碳原子。然而，該技術的主要缺點是難以定位合適的襯底以生長石墨烯層，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構。其他用于石墨烯生長的技術是超聲處理，熱工程，二氧化碳還原，切割開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由于生產成本降低而最近引起了極大的關注。盡管如此，目前生產的石墨烯的質量并不能滿足材料的理論潛力，需要更多的時間來完善。
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