石墨紙

石墨成型方法有三種：（1）碾壓法；（2）模壓法；（3）擠壓法。

一、碾壓成型法

主要用來壓制石墨紙箔或板材。分為單層平板連續(xù)碾壓和多層平板連續(xù)碾壓兩種。

1.單層平板連續(xù)碾壓法

這種碾壓法不用任何粘結(jié)劑就可以將柔性石墨壓制成板材。整個(gè)工藝過程是在裝有滾輪碾壓機(jī)的專用設(shè)備上進(jìn)行的。

碾壓機(jī)結(jié)構(gòu)組成：裝蠕蟲石墨的料斗1，振動(dòng)給料裝置，2，輸送帶 3四個(gè)壓力輥 4，一對(duì)加熱器 5，控制板材厚度的輥筒 6壓花或圖案輥筒 8 和卷輥 9切割刀 10 成品卷輥

工作過程：高純石墨從料斗進(jìn)入給料裝置，落在輸送帶上。經(jīng)過壓力輥的碾壓，形成一定厚度的料層。加熱裝置產(chǎn)生高溫加熱，以出去料層中的殘存氣體，并使未膨脹的石墨最后一次膨脹。然后將初步成型的反材送入控制厚度尺寸的輥筒中，按規(guī)定尺寸再壓一次，以便得到厚度均勻和一定密度的平整板。最后經(jīng)過切刀切割后，卷上成品筒。

2、單層平板碾壓法

單層平板碾壓，雖然壓板平整光滑，但是不能太厚。一次成型太厚時(shí)，其均勻性和密度都難以保證。為了制成厚板，采用多層單板疊加，壓成多層復(fù)合板。每兩層之間要加粘結(jié)劑再碾壓成型。成型后要加熱處理，以使粘結(jié)劑碳化和硬化。多層平板碾壓法是在多層連續(xù)碾壓機(jī)上進(jìn)行的。

多層連續(xù)碾壓機(jī)工作過程：由單板繞棍引出單板，經(jīng)過粘結(jié)劑涂輥把兩面土上粘結(jié)劑后，與繞輥和單板相合，成為三和厚板，進(jìn)入輥的間隙碾壓成一定厚度。再送入加熱器中加熱烘干。通過厚度控制輥，調(diào)整厚度達(dá)到規(guī)定尺寸，然后送入焙燒裝置中焙燒。當(dāng)粘結(jié)劑碳化后，在用加壓輥?zhàn)詈蠹訅撼尚汀?/p>

所用連續(xù)碾壓級(jí)，能壓制0.6~2mm厚度的柔性石墨板，這是優(yōu)于單層碾壓機(jī)的，但是由于板厚也會(huì)帶來板材分層剝離的缺點(diǎn)，給使用帶來麻煩。產(chǎn)生的原因是壓制時(shí)氣體外溢留在夾層中間，妨礙了層間密切結(jié)合。改進(jìn)的途徑是，解決壓制過程中的排氣問題。

作耐火材料

石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑，冶金爐的內(nèi)襯。

作導(dǎo)電材料

在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。

作耐磨潤滑材料

石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤滑劑。

作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔等設(shè)備

石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。

作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料

由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。

用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)

石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過幾十個(gè)PPM。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。

石墨還能防止鍋爐結(jié)垢

有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。

石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑

石墨經(jīng)過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門。

石墨取代銅做為電極

20世紀(jì)60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90％，石墨僅有10％左右；21世紀(jì)，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90％以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)勢(shì)幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢(shì)。

（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍；材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢(shì)明顯；銅的軟化點(diǎn)在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。

（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有效降低機(jī)床（EDM）的負(fù)擔(dān)；更適合于在大型模具上的應(yīng)用。

（3）放電消耗更?。挥捎诨鸹ㄓ椭幸埠蠧原子，在放電加工時(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來，轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗。

（4）沒有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；

（5）石墨更容易研磨和拋光；由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進(jìn)行手工的研磨和拋光；

（6）材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定；由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價(jià)格比銅的價(jià)格低30％～60％，并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動(dòng)非常小。

正是這種無可比擬的優(yōu)勢(shì)，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途。

柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國際市場(chǎng)需求量逐年增長。

此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。

石墨邦:國內(nèi)首家碳石墨全產(chǎn)業(yè)鏈電商平臺(tái)，涵蓋 石墨烯、鱗片石墨、土狀石墨、可膨脹石墨、石墨紙、負(fù)極材料、等靜壓石墨、石墨電極、碳纖維以及人造金剛石共十大產(chǎn)品。

目前主流的鋰電池封裝形式主要有三種：圓柱、方形和軟包，不同的封裝結(jié)構(gòu)意味著不同的特性，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面我們就來一起探討一下這三種電池的特點(diǎn)吧！

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圓柱形鋰電池

圓柱形鋰電池分為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷錳混合、三元材料不同體系，外殼分為鋼殼和聚合物兩種，不同材料體系電池有不同的優(yōu)點(diǎn)。目前，圓柱主要以鋼殼圓柱磷酸鐵鋰電池為主，這種電池的表現(xiàn)為容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流放電、電化學(xué)性能穩(wěn)定、使用安全、工作溫度范圍寬、對(duì)環(huán)境友好。廣泛應(yīng)用于太陽能燈具、草坪燈具、后備能源、電動(dòng)工具、玩具模型上。

一個(gè)典型的圓柱形電池的結(jié)構(gòu)包括：正極蓋、安全閥、PTC元件、電流切斷機(jī)構(gòu)、墊圈、正極、負(fù)極、隔離膜、殼體。

最早的圓柱形鋰電池是由日本SONY公司于1992年發(fā)明的18650鋰電池，因?yàn)?8650圓柱形鋰電池的歷史相當(dāng)悠久，所以市場(chǎng)的普及率非常高，圓柱形鋰電池采用相當(dāng)成熟的卷繞工藝，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，成本相對(duì)較低。圓柱形鋰電池有諸多型號(hào)，比如常見的有14650、17490、18650、21700、26650等。圓柱型鋰電池在日本、韓國鋰電池企業(yè)中較為流行，中國國內(nèi)也有相當(dāng)規(guī)模的企業(yè)生產(chǎn)圓柱形鋰電池。

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方形鋰電池

方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，方形電池的普及率在國內(nèi)很高，隨著近年汽車動(dòng)力電池的興起，汽車?yán)m(xù)航里程與電池容量之間的矛盾日漸突顯，國內(nèi)動(dòng)力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主，因?yàn)榉叫坞姵氐慕Y(jié)構(gòu)較為簡單，不像圓柱電池采用強(qiáng)度較高的不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件，所以整體附件重量要輕，相對(duì)能量密度較高。方型電池采用卷繞和疊片兩種不同的工藝。

但由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上有成千上萬種型號(hào)，而正因?yàn)樾吞?hào)太多，工藝很難統(tǒng)一。方形電池在普通的電子產(chǎn)品上使用沒有問題，但對(duì)于需要多只串、并聯(lián)的工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品，最好使用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的圓柱形鋰電池，這樣生產(chǎn)工藝有保證，以后也更容易找到可替換的電池。

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軟包鋰電池

軟包鋰電池是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，與其他電池最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復(fù)合膜)，這也是軟包鋰電池中最關(guān)鍵、技術(shù)難度最高的材料。軟包裝材料通常分為三層，即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構(gòu)成的外層保護(hù)層)、阻透層(中間層鋁箔)和內(nèi)層(多功能高阻隔層)。

軟包電池的包裝材料和結(jié)構(gòu)使其擁有下面一系列優(yōu)勢(shì)：

1.安全性能好

軟包電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會(huì)鼓氣裂開，而不像鋼殼鋁殼電芯那樣會(huì)發(fā)生爆炸。

2.重量輕

軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。

3.容量大

軟包電池較同等規(guī)格尺寸的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%。

4.內(nèi)阻小

軟包電池的內(nèi)阻較小，目前國產(chǎn)軟包電池芯的內(nèi)阻最小可做到35mΩ以下，極大的降低了電池的自耗電。

5.設(shè)計(jì)靈活

軟包電池的形狀可根據(jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號(hào)。

然而軟包鋰電池現(xiàn)有的軟包電池芯型號(hào)較少，無法滿足市場(chǎng)需求；同時(shí)開發(fā)新的型號(hào)成本高。

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對(duì)比分析

電池形狀：方形鋰電池可以是任意大小，所以是圓柱電池不能比的。

倍率特性：圓柱形鋰電池焊接多極耳的工藝限制，所以倍率特性稍差于方形多極耳方案

放電平臺(tái)：采用相同的正極材料、負(fù)極材料、電解液所以理論上放電平臺(tái)是一致的，但是方形電池內(nèi)阻稍占優(yōu)勢(shì)，所以放電平臺(tái)稍微高一點(diǎn)。

產(chǎn)品質(zhì)量：圓柱鋰電池工藝非常成熟，極片公有二次分切缺陷機(jī)率低，且卷繞工藝較疊片工藝成熟度及自動(dòng)化程度都要高疊片工藝目前還在采用半手工方式，所以對(duì)于電池的品質(zhì)存在不利影響。

極耳焊接：圓柱鋰電池極耳較方形鋰電池更易焊接，方形電池易產(chǎn)生虛焊影響電池品質(zhì)。

PACK成組：圓形電池相對(duì)具有更易用特點(diǎn)，所以PACK方案簡單，散熱效果好，方形電池PACK時(shí)要解決好散熱的問題。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：方形電池邊角處化學(xué)活性能較差，長期使用電池性能下降較為明顯。

總的來說，圓柱、方形和軟包三種封裝類型的電池各有優(yōu)勢(shì)，也各有不足，每種電池都有自己主導(dǎo)的領(lǐng)域，比如，方形電池中磷酸鐵鋰較多，軟包電池中三元更多一些。隨著新能用汽車新補(bǔ)貼政策的出臺(tái)，電池的系統(tǒng)能量密度成為一項(xiàng)重要考核指標(biāo)。

比如，補(bǔ)貼新政要求純電動(dòng)客車?yán)m(xù)駛里程不低于200公里、電池系統(tǒng)能量密度要高于85Wh/kg、電池系統(tǒng)總質(zhì)量占整車整備質(zhì)量比例不高于20%，這些都說明補(bǔ)貼向著重量更輕、續(xù)航里程更高的三元電池方向轉(zhuǎn)變。三元軟包電池容量較同等尺寸規(guī)格的鋼殼鋰電高10~15%、較鋁殼電池高5~10%，而重量卻比同等容量規(guī)格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，補(bǔ)貼新政對(duì)三元軟包電池更有利。

鑒于軟包電池的優(yōu)勢(shì)，業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，隨著電池路線的發(fā)展，軟包電池在新能源汽車市場(chǎng)的滲透率將不斷提升，未來軟包電池在各類型電池中的占比有望超過50%。

來源：鋰電回收聯(lián)盟 石墨邦編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明。

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