天然グラファイトと人工グラファイトの識別方法

2025-03-26

天然グラファイトアノード材料は、天然のフレーク結晶グラファイトで作られており、粉砕、球状化、分級、精製、および表面処理などの工程が施されています。その高い結晶性は自然に形成されます。一方、人工グラファイトアノード材料は、石油コークス、針コークス、アスファルトコークスなどのグラファイト化しやすい炭素を使用し、一定の温度で焼成された後、粉砕、分級、高温グラファイト化システムを経て、その高い結晶性は高温グラファイト化によって形成されます。原材料と製造技術の本質的な違いにより、両者の微細構造、結晶構造、電気化学的性能、加工性能は明らかに異なります。

微細構造の観点から見ると、天然グラファイトは層状です。天然グラファイトのSEMプロファイルは層状構造を保持しており、層状構造の間には多くの隙間があります。高温グラファイト化の過程では、結晶構造がABAB構造に従って再配置され、重合収縮が起こり、その内部密度には隙間がありません。

X線回折

結晶構造の観点から見ると、天然グラファイトアノード材料は高い結晶性を持っています。XRDパターンでは、(002)結晶面の回折ピーク角度が高く、層状構造は完全で、間隔が小さく、配向（I002/I110）が明らかです。(101)結晶面に対応する回折ピーク位置は43-45度、(012)結晶面に対応する回折ピーク位置は46-47度で、天然グラファイトは明らかに2H相と3R相を持つことが見て取れますが、人工グラファイトは2H相のみを持ちます。六方グラファイト（2H）と菱面体グラファイト（3R）のXRDパターンは以下の通りです：

ラマン分光法

グラファイト化処理を受けていない天然グラファイトと人工グラファイトに関しては、SEMプロファイル、XRD結晶構造図とそのパラメータでの識別に加えて、ラマンスペクトルテストの秩序度ID/IGも、これら二種類のグラファイトを区別する有効な方法です。天然球状グラファイトの秩序度ID/IGは一般に0.4〜0.85、グラファイト化されていない天然グラファイトの表面にコーティングされたものは一般に0.9〜1.6、新しい改良版の天然グラファイトでグラファイト化されていないものは一般に0.2〜0.6です。人工グラファイトの秩序度ID/IGは一般に0.04〜0.34です。全体として、グラファイト化処理を受けていない天然グラファイトアノード材料の秩序度ID/IGは人工グラファイトアノード材料よりも大きいです。表面にコーティングされたグラファイト化された天然グラファイトの秩序度ID/IGは一般に0.17〜0.36、人工グラファイトは一般に0.04〜0.34です。グラファイト化された天然グラファイトと人工グラファイトの秩序度ID/IGは交差しており、ラマンテストは有効な方法ではありません。

結果の評価

1. 高温（2400-3300）グラファイト化処理を行わない天然グラファイト陽極材料と人工グラファイト陽極材料の比較

(1) SEM断面：高温グラファイト化を行わない天然グラファイト陽極材料のSEM断面はフレーク構造の間に隙間があり、人工グラファイト陽極材料のSEM断面は密でシームレスです。

(2) XRD：高温グラファイト化処理を行わない天然グラファイト陽極材料のXRDパターンには明らかな2H相と3R相が存在し、人工グラファイト陽極材料のXRDパターンには2H相のみが存在します。

(3) ID/IG：高温グラファイト化を行わない表面コーティングされた天然グラファイト陽極材料の乱れのID/IGは一般的に0.9～1.6であり、人工グラファイトの乱れのID/IGは一般的に0.04～0.34です。

2. 高温（2400-3300）でグラファイト化された天然グラファイト負極材料と人工グラファイト負極材料の比較

(1) SEM断面：高温グラファイト化処理された純粋な天然グラファイト陽極材料のSEM断面にはフレーク構造の間に隙間があり、純粋な人工グラファイト陽極材料のSEM断面は密な構造で隙間がなく、高温グラファイト化されています。複合グラファイト陽極材料のSEM断面画像は、天然グラファイトのフレーク構造と人工グラファイトの密でシームレスな構造の間に空隙が共存していることを示しています。