天然石墨与人造石墨负极材料辨别方法剖析

锂离子电池发展20年来,理论与学术界均未对锂离子电池用碳(石墨类)负极材料:天然石墨和人造石墨负极材料的辨别方法进行深入剖析,并明确科学的辨别与判定方法，因此行业出现了天然石墨和人造石墨负极材料边界不清，鱼龙混杂的现象，给材料的合理、有效使用造成了极大影响。
  天然石墨负极材料系采用天然鳞片晶质石墨，经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制得，其高结晶度是天然形成的。而人造石墨负极材料是将易石墨化碳如石油焦、针状焦、沥青焦等在一定温度下煅烧，再经粉碎、分级、高温石墨化制得，其高结晶度是通过高温石墨化形成的。正是由于两者在原料和制备工艺上存在本质的差别，使其在微观形貌、晶体结构、电化学性能、加工性能上存在明显差异。为了统一标准、科学辨别、正确判定天然与人造石墨负极材料，现将经过多年探索、反复验证、切实可行的科学辨别方法公之于众：

SEM剖面分析法

天然石墨负极材料         人造石墨负极材料

在微观结构上，天然石墨是层状结构，其SEM剖面图中保留了鳞片石墨的层状结构，片状结构间有大量空隙存在；而人造石墨负极材料为焦类、中间相类在高温石墨化过程中，晶体结构按ABAB结构重新排列，并聚合收缩，其内部致密、无缝隙。

X射线衍射法

从晶体结构看，天然石墨负极材料结晶度高，在XRD图谱上其(002)晶面衍射峰角度更高，层状结构完整、层间距小、取向性(I002/I110)明显，从43-45度对应的(101)晶面衍射峰位置及46-47度的对应的(012) 晶面衍射峰位置，可以看出天然石墨存在明显的2H相和3R相，而人造石墨只存在2H相。六方石墨（2H）和菱方石墨（3R）的XRD谱图如下:

拉曼光谱分析法

对于未经石墨化处理的天然石墨与人造石墨，除了根据SEM剖面图、XRD晶体结构图及其参数进行区别外，拉曼光谱测试的无序度ID/IG也是区别这两类石墨的有效方法。天然球形石墨的无序度ID/IG一般为0.4~0.85，未经石墨化处理的表面包覆天然石墨无序度ID/IG一般为0.9~1.6，未经石墨化处理的新型改性天然石墨无序度ID/IG一般为0.2~0.6。人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34。整体上，未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的无序度ID/IG比人造石墨负极材料的无序度ID/IG大。经石墨化处理的表面包覆天然石墨无序度ID/IG一般为0.17~0.36，人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34，经石墨化处理的天然石墨与人造石墨的无序度ID/IG存在交集、拉曼测试不是有效方法。

结果判定

一、未经高温（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对比

(1) SEM剖面图: 未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的SEM剖面图中存在片状结构间的空隙，人造石墨负极材料SEM剖面图致密、无缝隙。

(2) XRD: 未经高温石墨化处理的天然石墨负极材料的XRD图谱中存在明显的2H相和3R相，人造石墨负极材料XRD图谱只存在2H相。

(3) ID/IG: 未经高温石墨化处理的表面包覆天然石墨负极材料的无序度ID/IG一般为0.9~1.6，人造石墨的无序度ID/IG一般为0.04~0.34。

二、经高温（2400-3300℃）石墨化处理的天然石墨负极材料与人造石墨负材料的对比（分纯天然与人造，复合型两种进行说明）
(1) SEM剖面图: 经高温石墨化处理的纯天然石墨负极材料的SEM剖面图中存在片状结构间的空隙，纯人造石墨负极材料SEM剖面图结构致密、无缝隙，经高温石墨化处理的复合石墨负极材料的SEM剖面图中天然石墨片状结构间空隙与人造石墨致密无缝隙结构共存。