자연 그래파이트와 인공 그래파이트의 식별 방법

2025-03-26

천연 흑연 양극 재료는 천연 플레이트 결정 흑연으로 만들어지며, 이는 분쇄, 구형화, 분류, 정화 및 표면 처리 등의 과정을 거칩니다. 이 재료의 높은 결정성은 자연적으로 형성됩니다. 인공 흑연 양극 재료는 석유 코크스, 니들 코크스, 아스팔트 코크스와 같은 그래피타이제하기 쉬운 탄소로 구성되며, 특정 온도에서 소성한 후 분쇄, 분급 및 고온 그래피타이제 고온 그래피타이제 과정을 거쳐 높은 결정을 갖게 됩니다. 원자재 및 제조 기술의 본질적인 차이로 인해 두 가지의 미세 구조, 결정 구조, 전기화학적 성능 및 가공 성능은 뚜렷하게 다릅니다.

미세 구조 측면에서 천연 흑연은 층상 구조를 가지고 있습니다. 천연 흑연의 SEM 프로필은 층상 구조를 유지하며, 층상 구조 사이에 많은 간격이 존재합니다. 고온 그래피타이제 과정에서 결정 구조는 ABAB 구조에 따라 재배열되며, 중합 수축이 일어나고 그 내부 밀도는 간격이 없습니다.

X선 회절

결정 구조 관점에서 천연 흑연 양극 재료는 높은 결정성을 가지고 있습니다. XRD 패턴에서 (002) 결정 면의 회절 피크 각도가 높고, 층상 구조는 완전하며, 층 간격은 작고, 방향성 (I002/I110)은 뚜렷합니다. 43-45도에 해당하는 (101) 결정 면의 회절 피크 위치와 46-47도에 해당하는 (012) 결정 면의 회절 피크 위치에서 볼 수 있듯이, 천연 흑연은 뚜렷한 2H 상과 3R 상을 보이는 반면, 인공 흑연은 2H 상만을 가지고 있습니다. 육각형 흑연(2H)과 마름모형 흑연(3R)의 XRD 패턴은 다음과 같습니다:

라만 분광법

그래피타이제 처리가 없는 천연 흑연과 인공 흑연에 대해 SEM 프로필, XRD 결정 구조 도표 및 그 매개변수를 구별하는 것 외에도, 라만 스펙트럼 테스트의 무질서도 ID/IG 또한 이 두 종류의 흑연을 구별하는 데 효과적인 방법입니다. 천연 구형 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.4~0.85이며, 그래피타이제되지 않은 표면에 코팅된 천연 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.9~1.6이고, 그래피타이제 없는 새로운 개질된 천연 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.2~0.6입니다. 인공 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.04~0.34입니다. 전반적으로 고온 그래피타이제가 없는 천연 흑연 양극 재료의 무질서도 ID/IG는 인공 흑연 양극 재료보다 큽니다. 표면에 코팅된 그래피타이제된 천연 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.17~0.36이며, 인공 흑연은 일반적으로 0.04~0.34입니다. 그래피타이제된 천연 흑연과 인공 흑연의 무질서도 ID/IG는 교차하고 예상되는 라만 테스트는 효과적인 방법이 아닙니다.

결과 판단

1. 자연 흑연 음극 재료와 인공 흑연 음극 재료의 비교 (고온(2400-3300) 그래파이트 처리 없이)

(1) SEM 단면: 고온 그래파이트 처리가 없는 자연 흑연 음극 재료의 SEM 단면은 플레이트 구조 사이에 간격이 있으며, 인공 흑연 음극 재료의 SEM 단면은 밀집하고 이음새가 없습니다.

(2) XRD: 고온 그래파이트 처리 없이 자연 흑연 음극 재료의 XRD 패턴에는 뚜렷한 2H 상과 3R 상이 존재하며, 인공 흑연 음극 재료의 XRD 패턴에는 2H 상 만 존재합니다.

(3) ID/IG: 고온 그래파이트 처리가 없는 표면 코팅된 자연 흑연 음극 재료의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.9~1.6이며, 인공 흑연의 무질서도 ID/IG는 일반적으로 0.04~0.34입니다.

2. 고온(2400-3300)에서 그래파이트 처리된 자연 흑연 음극 재료와 인공 흑연 음극 재료의 비교

(1) SEM 단면: 고온 그래파이트 처리된 순수 자연 흑연 음극 재료의 SEM 단면은 플레이트 구조 사이에 간격이 있으며, 순수 인공 흑연 음극 재료의 SEM 단면은 밀집된 구조로 간격이 없고 고온 그래파이트 처리되었습니다. 복합 그래파이트 음극 재료의 SEM 단면도에서는 자연 흑연 플레이트 구조와 인공 흑연 밀집 및 이음새 없는 구조 사이의 공극이 공존하는 모습을 보여줍니다.