球形石墨屬于石墨產(chǎn)品中的高附加值深加工產(chǎn)品，具有品質(zhì)穩(wěn)定、振實密度大、比表面積小、粒度分布集中等特點，是目前較為理想的鋰電池負極材料。

天然石墨為什么要球形化

天然石墨導電性好、結(jié)晶度高，且具有良好的層狀結(jié)構(gòu)。天然鱗片石墨常用作鋰離子電池的負極材料，但也存在很多缺點。

石墨的片層結(jié)構(gòu)決定，鋰離子只能先嵌入材料端面再逐漸擴散進顆粒內(nèi)部，由于鱗片石墨的各向異性，鋰離子的擴散路徑較長且不均勻，導致比容量較低。而石墨較小的層間距又增加了鋰離子的擴散阻力，致使其倍率性能較差，快速充電時鋰離子易在石墨表面沉積形成鋰枝晶，造成嚴重的安全隱患。此外，鱗片石墨粉較大的比表面積也會影響負極的首次充放電效率。

為解決鱗片石墨的缺陷，優(yōu)化負極材料性能，需要對石墨進行改性，目前最常用的改性方法之一就是球形化處理。球形化的天然石墨材料具有更小的比表面積，更高的振實密度，從而具有更高的首次庫倫效率、可逆充放電容量及更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

天然石墨球形化工藝

生產(chǎn)球形石墨主要以優(yōu)質(zhì)的高碳天然鱗片石墨為原料，各球形石墨生產(chǎn)廠商使用機械力法對天然石墨進行球形化處理，通過機械產(chǎn)生的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用力使石墨顆粒發(fā)生塑性變形和顆粒吸附，從而得到球形石墨。

傳統(tǒng)的球形化工藝通常分為粉碎和整形兩個階段。粉碎階段是將石墨鱗片粉碎至適合整形的粒度，同時除去粉碎過程中產(chǎn)生的細粉。整形階段是將鱗片狀的石墨顆粒，以及在粉碎階段被整形成類球形的石墨顆粒球形化。

天然鱗片石墨顆粒呈片狀結(jié)構(gòu)，在球形化的過程中會發(fā)生片狀彎曲的塑性變形。大片狀顆粒折疊彎曲，被逐漸沖擊成球形或類球形，成為球形顆粒的主核。由片狀石墨破碎產(chǎn)生的或原料中含有的微細顆粒附著在主核上，在沖擊力的作用下微細顆粒固定或嵌入主核表面，不斷緊實，最終形成球形石墨顆粒。

球形化設(shè)備對球形化效果的影響

球形化設(shè)備的結(jié)構(gòu)及運行參數(shù)都會對球形化產(chǎn)生影響，如錘頭大小及形狀、錘頭排布和齒圈間距、磨盤轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)風量、分級機轉(zhuǎn)速、加料方式與加料速度等。

1、磨盤轉(zhuǎn)速

粉碎時，錘頭的線速度越大粉體獲得的粉碎能量就越大。在粉碎特定的物料時，需要根據(jù)產(chǎn)品的粒度和形貌規(guī)定一個特定的沖擊粉碎速度。

2、系統(tǒng)風量

系統(tǒng)風量對沖擊磨粉碎腔內(nèi)的氣流上升速度和分級機的切割粒徑都有著最直接的影響，同等條件下，系統(tǒng)風量越大氣流上升的速率就越大，分級機的切割粒徑就越大，反之則越小。

3、分級機轉(zhuǎn)速

球形化設(shè)備配套分級機一般為葉片型渦流分級機，分級機外接變頻器，以便調(diào)整分級機的轉(zhuǎn)速。在系統(tǒng)流量和分級機結(jié)構(gòu)固定的情況下，分級機的切割粒徑和分級機轉(zhuǎn)速呈反比關(guān)系，即分級機轉(zhuǎn)速越高分離出的粉體粒度越小。因此要嚴格控制分級精度，保證成球率。

4、加料方式與加料速度

磨盤的加料方式會影響粉體的產(chǎn)量和質(zhì)量，采用磨盤下方加料時，物料會阻礙氣流進入粉碎區(qū)，導致粉碎效率降低。加料的速度盡量是連續(xù)的，加料量力求做到定量。

近年來，鋰離子電池在計算機、通訊和消費類3C電子產(chǎn)品中的使用迅速增長。隨著混合動力汽車和純電動汽車市場規(guī)模的迅速壯大，鋰離子動力電池也迎來了爆發(fā)式的增長。因此，在未來需要繼續(xù)加強對石墨球化機理和工藝的研究，改進現(xiàn)有球形化設(shè)備，并研發(fā)新型球化設(shè)備，以應(yīng)對市場對于球形石墨需求量的增多，以及對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性要求的提升。