图： 石墨进料
前言
用于二次电池的活性材料首先与粘合剂和/或溶液混合，然后施加到集电器的铝箔（阴极）或铜箔（阳极）上。在干燥过程之后，材料被处理以增加堆积密度并最终成为电极。本篇将介绍负极活性物质（充电时吸收锂离子，放电时放出电子的材料）特别是石墨材料的生产工艺。石墨材料可分为天然石墨和人工合成人造石墨两大类。
与人造石墨相比，天然石墨更便宜，石墨化程度更高。这使得天然石墨能够储存更多的锂离子，从而有利于提高电池容量。然而，由于大多数天然石墨具有片状结构和低体积密度，低电极密度特性使得实际增加电池容量变得困难。此外，天然石墨倾向于在集电器上变成平面结构，使其具有低润湿性。如果天然石墨的这些缺点能够得到解决，那么其与人造石墨相比原材料成本更低以及锂离子电池容量可能增加的优点对汽车行业来说是有利的。
为
了解决这些问题，球化颗粒和表面处理可以分别提高电子密度和润湿性。另一方面，制造人造石墨所需的大量生产能源使得这种材料非常昂贵。此外，石墨化率低于天然石墨。然而，人造石墨的优点是能够控制成分（例如在颗粒内分散不同石墨化速率的区域）和颗粒形状，并且由于其石墨化速率低而抑制电解液的分解。从这些特点来看，利用人造石墨可以增加电子密度，从而实现大容量电池。在人造石墨工艺中，在石墨化前后的加工阶段需要高水平的粉体加工技术。为了提高活性材料的性能，控制颗粒表面结晶的工艺是必不可少的。由于石墨与水的润湿性极差，因此必须使用有机溶剂来制备用于涂覆到集电器上的浆料。虽然可以选择用水基溶剂代替液体，但混合过程很困难。因此，提高石墨颗粒的水润湿性的工艺是常态。
图1 ACM粉碎机示意图
图2 ACM粉碎机ACM-10A
研磨
对于人造石墨生产，通常需要研磨过程来回收细颗粒。 在这种情况下，Rotoplex 或 Hammer Mill 将首先对材料进行粗磨，然后由 Mikro ACM 粉碎机（图 2）和微米分离器组成的系统会将颗粒尺寸减小到平均几十微米。
用于增加电子密度的球化颗粒
有两种方法可以增加包装比以提高电池容量。 通常用于天然石墨的一种方法是通过削去边缘并对细颗粒进行分级来使颗粒球化。 另一种方法是用软碳基材料如沥青涂覆石墨颗粒的表面，然后使颗粒石墨化。 提到石墨球化工艺，一般指的是第一种方法。
球化的刨花和细颗粒分离=增加堆积密度（通常用于天然石墨）
天然石墨颗粒的表面由凹凸不平的凸块构成。 去除这些凸起并使颗粒球化以增加填充率的单元称为 Faculty（图 3）。 该装置由高速旋转锤向分散室中的颗粒施加能量和强力螺旋流型分级机组成，用于去除细颗粒。 壳体壁中央有排料口，用于排出粗品。 细粒通过分级转子，被袋式除尘器收集，而被锤子连续冲击一定时间的粗粒从中心出口排出，作为产品收集。 Faculty-S 可将堆积密度为 0.5g/cc 的研磨石墨压实至 1.0g/cc。
图.3 Faculty F-430S
图4 Faculty对石墨球化的流程
球化和表面涂层=增加堆积密度（通常用于人造石墨和一段球化天然石墨）
虽然可以球化人造石墨，但由于与天然石墨相比成本高，因此需要尽量减少精细材料的产生。根据这些限制，执行一个过程，在该过程中以机械方式施加压缩力和剪切力。这种材料的球化是通过颗粒之间产生的剪切力或通过颗粒的塑性变形将超细石墨颗粒固化到颗粒表面来完成的。 Mechanofusion（图 5）或 Nobilta（图 6）用于此过程。在机械融合中，进入旋转容器的原料通过离心力固定在容器的内壁上。然后，内件对颗粒持续施加强大的压缩和剪切力。在循环式机械融合中，旋转转子的壁上有一个狭缝，物料通过该狭缝排出。一旦物料离开转子的外部，循环叶片就会将物料推到转子的上部，在那里它流回转子的内部，并再次由内件施加力。在 Nobilta 的情况下，具有独特设计的转子在水平设置的混合容器中以超过 30m/s 的圆周速度旋转。该结构旨在将冲击力、压实力和剪切力均匀地施加到每个单独的颗粒上。两个装置都具有集成的冷却夹套，使它们能够控制材料温度的升高并将高水平的能量应用于热敏材料。
表面处理
用于控制结晶的涂层
采用涂层工艺增强天然石墨和人造石墨。 已研磨的石墨颗粒具有更高的表面反应性。 为了控制反应性，将沥青、其他碳或碳源等材料涂覆在表面上。 此过程使用 Mechanofusion 和/或 Nobilta。
用于水性溶剂应用的亲水化
石墨具有亲水特性，因此当涂覆到集电器上时，水不能用于生产浆料。 有机溶剂可用于生产浆液，但面临着处理和收集的问题。 因此，基于水分散体的 SBR 材料经常用于石墨颗粒的亲水化。 另一种亲水化方法是改变石墨表面的化学状态。 例如，通过使用机械能并使用 Nobilta 对石墨颗粒表面产生机械化学反应，它可以赋予亲水特性。 在某些情况下，可以通过使用这些单元将具有亲水性的纳米颗粒（例如二氧化硅或二氧化钛）涂覆到表面上来增加亲水化。 亲水化度分析可使用润湿性分析装置Peneto Analyzer（图7）。
