锂离子电池负极浆料性能解密：天然石墨VS合成石墨的工艺密码

在锂离子电池制造过程中，电极浆料的流变特性直接影响着涂布均匀性、干燥效率等关键工艺参数。本文通过对比分析天然石墨（NG）与合成石墨（SG）负极浆料的流变行为，揭示不同材料形态对电池制造的核心影响机制。

一、材料形态的微观差异

图1展示了两种石墨材料的扫描电镜图像。天然石墨呈现近似球形颗粒特征，而合成石墨则具有明显的各向异性盘状结构，这种形态差异将直接影响浆料体系的相互作用力。

图1 NG 和 SG 颗粒的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。

二、流变特性的浓度依赖规律

在固定导电剂（CB）与粘结剂（CMC）配比（25:1:1）的体系下，实验发现：

1.低固含量阶段（20-35wt%）

合成石墨浆料弹性模量（G'）显著高于天然石墨，盘状结构的表面接触优势使颗粒间作用力增强。

图2 不同石墨重量分数（20、25、30、35、40、45、 50、55 重量%）。a NG 浆料，b SG 浆料

2.高固含量阶段（40-55wt%）

天然石墨浆料粘弹性反超，振实密度测试显示合成石墨形成更致密聚集体（数据对比表见下文）。这种浓度依赖的相变现象，与材料有效体积分数变化密切相关。

三、应变硬化现象的特殊发现

合成石墨浆料在高剪切条件下表现出显著应变硬化特征。通过流变仪振幅扫描实验发现，当应变幅度超过临界值（γ>5%）时，其储能模量呈现反常上升趋势。这归因于盘状颗粒的机械互锁效应，这种特性对涂布工序的剪切速率控制具有重要指导价值。

四、工业应用的启示

1.涂布工艺优化：合成石墨浆料在低固含量时的高粘弹性，建议采用梯度固含量涂布方案

2.设备选型参考：高浓度天然石墨浆料的剪切稀化特性，更适合使用高剪切分散设备

3.质量控制要点：沉降速率差异提示合成石墨体系需加强浆料连续搅拌

五、机理研究的延伸方向

通过X射线断层扫描技术发现，合成石墨聚集体内部存在典型的面接触堆叠结构。这种微观排列方式不仅影响流变性能，还与电极压实密度、锂离子扩散路径存在强相关性。

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