リチウム電池のグラファイト材料は、リチウムイオン電池の負極(アノード)に使用される中心的なエネルギー貯蔵材料です。{0}}層状結晶構造、低いリチウムインターカレーション電位(金属リチウムに近い)、高い可逆比容量(理論値 372 mAh/g)、優れたサイクル安定性(体積変化率 < 10%)により、世界の負極材料市場の 98% 以上を占めています。黒鉛材料はリチウムイオンの「貯蔵庫」として、充放電時のリチウムイオンの挿入・脱離を可能にし、電池のエネルギー密度、サイクル寿命、安全性を確保する重要な材料の一つです。現在、主流のリチウム電池用黒鉛材料は、天然黒鉛、人造黒鉛、複合黒鉛の3つに分類されます。これらは、新エネルギー車用バッテリーパック、家庭用電化製品用バッテリー、エネルギー貯蔵バッテリーなどの分野で広く使用されており、新エネルギー産業チェーンの中核となる基礎素材です。
| パフォーマンスインデックス | 人造黒鉛陽極用グラファイトサガー | 伝統的な陶器のサガー | 金属るつぼ | C/Cコンポジットサガー |
|---|---|---|---|---|
| 最大。動作温度 | 3000度 | 1600度 | 1200度 | 2500度 |
| 熱伝導率 | 120–150 W/m·K | 10–20 W/m·K | 50–80 W/m·K | 80–100 W/m·K |
| 耐熱衝撃性 | Excellent (>50サイクル) | 貧しい (<10 cycles) | 中程度 (10 ~ 20 サイクル) | 良好 (30 ~ 50 サイクル) |
| 不純物含有量 | 極めて低い(20ppm以下) | 中 (50 ~ 100 ppm) | High (>100ppm) | 低 (20 ~ 50 ppm) |
| 耐用年数 | 長い (100 サイクル以上) | 短い (<30 cycles) | 中 (30 ~ 50 サイクル) | 長い (80 サイクル以上) |
| 料金 | 中-高 | 低い | 中くらい | 高い |
| 互換性 | 良好(陽極専用) | ×(汚れやすい) | 非常に悪い(金属汚染) | 良い |
コアの強み
構造と種類
結晶構造: 天然鱗片状黒鉛は完全な六方晶系の層状構造 (主に 2H 型、一部の 3R 型も含む) を持ち、結晶面間隔は d002=0.335 nm です。炭素原子は sp2 混成して平面的な六角網目構造を形成し、層はファンデルワールス力によって結合します。
主な種類:
Flake Graphite: Large flakes (>150μm)、中フレーク(50 - 150μm)、細フレーク(<50 μm). Large flake graphite has the highest crystallinity and the largest capacity, making it the most widely used in battery applications.
微結晶グラファイト(グラファイトのような土壌): 低結晶化度、d002=0.336 nm、容量約 260 mAh/g、主にローエンドのバッテリーに使用されます。-
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人造黒鉛(AG)
結晶構造: 石油コークスやニードルコークスなどの前駆体を 2800 度から 3000 度の範囲の温度で熱分解して作られ、結晶構造は高度に規則正しく、大きな結晶粒と方向配列を持ち、層状構造はより完全で均一です。
主な種類:
針状-コークス-ベースの人造黒鉛: 優れた導電性と低い膨張係数を備え、動力用電池に適したハイエンド製品-
石油コークス-ベースの人造黒鉛: 家庭用電化製品やエネルギー貯蔵電池に適した経済的な製品
中間相カーボン微小球(MCMB): 球状構造、高い充填密度、優れたレート性能、バッテリーの急速充電に適しています-
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複合黒鉛
コア設計: 天然グラファイトと人造グラファイトを特定の比率でブレンドするか、カーボン ナノチューブやグラフェンなどの修飾材料を追加して、相補的な利点を実現します。
主な種類:
天然 + 人造複合グラファイト: コストとパフォーマンスのバランスが取れており、ミッドエンドから-ハイエンドのエネルギー蓄電池に適しています。-
グラファイト - カーボン ナノチューブ複合材料: 導電性とレート性能を向上させます。
グラファイト - シリコン複合材料 (シリコン グラファイト): 容量を大幅に増加 (600 ~ 1500 mAh/g) し、次世代の-高-エネルギー-密度のアノード材料です
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基本的な電気化学特性
低いリチウムインターカレーション電位: Li/Li⁺ に対して約 0.1 - 0.2 V、金属リチウムに近く、高いエネルギー効率
高い可逆比容量: 天然黒鉛 350 - 365 mAh/g、人造黒鉛 330 - 360 mAh/g、理論値 372 mAh/g に近い
体積変化が小さい: 充放電中の体積膨張率は 10% 未満であり、シリコン- ベースの材料 (300%) よりもはるかに低く、優れた構造安定性を備えています。
高いクーロン効率: 初期クーロン効率 88% - 95%、サイクル後は 99% 以上に達し、エネルギー損失が少ない
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物理的および化学的特性
高い導電性: 層内の電子は非局在化したπ結合を介して伝導し、最大104~105 S/cmの導電率で電池の内部抵抗を低減します。
高熱伝導率:熱伝導率120~150W/m・Kでバッテリーの放熱を促進し、安全性を高めます。
優れた化学的安定性: 有機電解質中で安定であり、副反応が最小限に抑えられます。
高純度の要件: バッテリー-グレードのグラファイトの残留物は 20 ppm 以下で、金属不純物(Fe、Cu、Al など)の含有量が非常に低いため、バッテリーの自己放電や安全上の危険が回避されます。-
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技術的応用
Jin Cheng Graphite のリチウム電池用グラファイトは、電気自動車用バッテリーにおいて優れた性能を発揮します。ナノ-スケールのグラファイト構造により、分極効果を効果的に低減し、充電と放電の効率とバッテリーの航続距離を向上させることができます。同時に、黒鉛るつぼ技術の最適化により、この材料は高温環境でも安定した導電性を維持でき、バッテリーの熱安全性能が大幅に向上し、極端な使用条件の要件を満たします。-
業界の価値
ソースメーカーとして、Jin Cheng Graphite は標準化された製品を提供するだけでなく、顧客との共同研究開発を非常に重視しています。特定のアプリケーション シナリオ(高出力バッテリー、低温環境への適応性など)に合わせてカスタマイズされたソリューションを提供します。-当社の技術チームは、材料の選択からプロセスの最適化、性能テストに至るまでのフルチェーンのサポートを提供し、お客様が市場を迅速に獲得できるよう支援します。{4}
| パフォーマンスインデックス | 人造黒鉛陽極用グラファイトサガー |
|---|---|
| 最大。動作温度 | 3000度 |
| かさ密度 | 1.85~1.90g/cm3 |
| 熱伝導率 | 120–150 W/m·K |
| CTE (20~200度) | 3.8×10⁻⁶/度以下 |
| 灰分含有量 | 20ppm以下 |
| 固定炭素 | 99.95% 以上 |
| 曲げ強度 | >45MPa |
| 圧縮強度 | >100MPa |
| 耐熱衝撃性 | 優れた (>50 サイクル) |
| 耐用年数 | 100サイクル以上 |
| 加工公差 | ±0.05mm |
品質保証
すべての製品は、材料の各バッチの性能が国際基準に準拠していることを確認するために、厳格な品質検査システム (XRD、SEM、電気化学試験など) を受けています。 Jin Cheng Graphite は、「信頼性、革新性、効率性」の理念を堅持し、リチウム電池に使用されるグラファイトの技術進歩を継続的に促進し、世界の新エネルギー産業に持続可能な電力を提供します。
今後の開発動向
高-シリコン化ルート:シリコン含有量を現在の20%~30%から50%~70%に増加し、プレリチウム化技術と組み合わせて初期効率の問題を解決します
構造革新:3D多孔質グラファイトフレームワークとシリコンナノワイヤー/ナノチューブ複合構造を開発し、構造安定性をさらに向上させます。
インターフェースエンジニアリング: 原子層堆積 (ALD) やその他のテクノロジーを使用して、極薄の均一なカーボン コーティングを作成し、Si- 界面の結合を最適化します。
コスト削減: 冶金グレードのシリコンの精製と廃シリコン材料のリサイクル技術を開発して、原材料コストを削減します。{0}
業界チェーン全体のコラボレーション: Si-Gr の大規模商業応用を促進するための、負極材料メーカー、電池メーカー、自動車メーカーによる共同開発。{0}
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