天然石墨与人造石墨的鉴别方法

2025-03-26

天然石墨阳极材料由自然鳞片晶体石墨制成，经过研磨、球形化、分级、纯化和表面处理等工艺，其高结晶度是自然形成的。而人工石墨阳极材料是通过在一定温度下煅烧石油焦、针状焦、沥青焦等易于石墨化的碳材料，然后经过破碎、分级、高温石墨化系统而成，其高结晶度是通过高温石墨化形成的。由于原材料和制备工艺的本质差异，二者的微观结构、晶体结构、电化学性能和加工性能明显不同。

在微观结构方面，天然石墨是层状的。天然石墨的扫描电子显微镜（SEM）图像保留了层状结构，层状结构之间有很多间隙。在高温石墨化过程中，晶体结构根据ABAB结构进行重新排列，进行聚合收缩，其内部密度没有间隙。

X射线衍射

从晶体结构的角度来看，天然石墨阳极材料具有高结晶度。在XRD图谱中，其(002)晶面衍射峰角度较高，层状结构完整，层间距小，取向（I002/I110）明显。从（101）晶面对应的43-45度的衍射峰位置和（012）晶面对应的46-47度的衍射峰位置，可以看出天然石墨具有明显的2H相和3R相，而人工石墨仅具有2H相。六方石墨（2H）和菱方石墨（3R）的XRD图谱如下：

拉曼光谱

对于未经石墨化处理的天然石墨和人工石墨，除了通过SEM图像、XRD晶体结构图及其参数进行识别外，拉曼光谱测试中的无序度ID/IG也是区分这两种石墨的有效方法。天然球形石墨的无序度ID/IG通常在0.4~0.85之间，未经过石墨化的天然石墨表面的无序度ID/IG通常在0.9~1.6之间，而新的改性天然石墨的无序度ID/IG通常在0.2~0.6之间。人工石墨的无序度ID/IG通常在0.04~0.34之间。总体而言，未经高温石墨化的天然石墨阳极材料的无序度ID/IG大于人工石墨阳极材料的无序度ID/IG。表面涂覆的石墨化天然石墨的无序度ID/IG通常在0.17~0.36之间，而人工石墨的无序度通常在0.04~0.34之间。石墨化天然石墨和人工石墨的无序度ID/IG在交叉区域，拉曼测试不是一种有效的方法。

结果判断

1. 没有高温（2400-3300℃）石墨化处理的天然石墨负极材料与人造石墨负极材料的比较

(1) SEM横截面：未经过高温石墨化处理的天然石墨负极材料的SEM横截面中，片状结构之间存在间隙，而人造石墨负极材料的SEM横截面则致密无缝。

(2) XRD：未经过高温石墨化处理的天然石墨负极材料的XRD图谱中明显存在2H相和3R相，而人造石墨负极材料的XRD图谱中仅存在2H相。

(3) ID/IG：未经过高温石墨化处理的表面涂层天然石墨负极材料的无序ID/IG一般在0.9~1.6之间，而人造石墨的无序ID/IG一般在0.04~0.34之间。

2. 高温（2400-3300℃）石墨化的天然石墨负极材料与人造石墨负极材料的比较

(1) SEM横截面：经过高温石墨化处理的纯天然石墨负极材料的SEM横截面中，片状结构之间存在间隙，而纯人造石墨负极材料的SEM横截面则结构致密且没有间隙，且经过高温石墨化处理。复合石墨负极材料的SEM横截面视图显示，天然石墨片状结构与人造石墨致密无缝结构之间的空隙共存。