北京化工大學宋懷河教授：用于鋰離子高體積儲存致密石墨顆粒的濕法制備

【背景介紹】

由于低鋰化電位、高導電性、優秀的循環性能以及低成本等特點，石墨被認為是最合適的鋰離子電池負極材料，并且已商業化使用20多年。但隨著科技的發展，在電子設備微型化、動力電池小型化的趨勢下，如何提高石墨負極的體積容量是一個亟待解決的問題。

【主要內容】

針對這一問題，北京化工大學宋懷河教授課題組在《新型炭材料》（New Carbon Materials，2022,37(2),402-411）上發表研究論文“A wet granulation method to prepare graphite particles with a high tap density for high volumetric energy density lithium-ion storage”。該文報道了一種通過濕法制粒制備高振實密度石墨顆粒的簡單方法。通過高剪切濕法制粒技術將石墨化洋蔥碳（GOC）和人造超細石墨（AG）致密成球型大顆粒（WG-GOC、WG-AG），見圖1。所制備石墨顆粒具有較高的球型度和致密度，能有效地提高材料振實密度，并獲得了高體積比容量。

圖1不同石墨材料造粒制備示意圖

造粒前后材料的結構表征如圖2所示。黏結劑的加入并沒有破壞原料石墨的結構特征，造粒后的石墨顆粒保持原有的高石墨化度，石墨材料的電化學特征得以保留。

圖2造粒前后材料的XRD圖譜和Raman光譜

電化學結果表明（圖3），在50mAg-1的電流密度下，造粒后的WG-GOC和WG-AG相比于各自的石墨原料，體積比容量分別增加了35%和55%。更讓人驚訝的結果是，在1000mAg-1和2000mAg-1的大電流密度下，相比GOC，WG-GOC的體積比容量分別提升了94.4%和165.7%。此外，得益于高剪切濕造粒加工時間短、造粒效率高等優點，該研究提供了一種制備高振實密度石墨負極的簡便方法，具有良好的工業化前景。

圖3造粒前后材料的循環性能和倍率性能對比圖

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