グラファイト負極材料には多くの技術的指標があり、それらを考慮することは困難です。主な指標としては、比表面積、粒度分布、タップ密度、圧縮密度、真密度、初回充放電比容量、初回効率などがあります。さらに、サイクル性能、レート性能、膨潤などの電気化学的指標もあります。では、グラファイト負極材料の性能指標とは何でしょうか？以下の内容は、グラファイト負極材料メーカーであるHCMilling（桂林宏成）が紹介します。陽極材料 粉砕機.

01 比表面積

単位質量あたりの物体の表面積を指します。粒子が小さいほど、比表面積は大きくなります。

粒子径が小さく比表面積が大きい負極は、リチウムイオンの移動経路が多く、経路が短いため、レート性能が優れている。しかし、電解質との接触面積が大きいため、SEI膜形成面積も大きくなり、初期効率は低下する。一方、粒子径が大きい場合は、圧縮密度が高いという利点がある。

グラファイト陽極材料の比表面積は、好ましくは5m2/g未満である。

02 粒子径分布

グラファイト負極材料の粒子サイズがその電気化学的性能に及ぼす影響は、負極材料の粒子サイズが材料のタップ密度と比表面積に直接影響を与えることである。

タップ密度の大きさは材料の体積エネルギー密度に直接影響するため、材料の適切な粒度分布のみが材料の性能を最大化することができる。

03 タップ密度

タップ密度とは、粉末を比較的密に充填した状態にする振動によって測定される、単位体積あたりの質量のことです。これは活物質を測定する上で重要な指標です。リチウムイオン電池の体積には限りがあるため、タップ密度が高いほど単位体積あたりの活物質の質量が大きく、体積容量も高くなります。

04 圧縮密度

圧縮密度は主にポールピースに関するもので、負極活物質とバインダーをポールピースに成形した後の圧延後の密度を指し、圧縮密度＝面積密度／（圧延後のポールピースの厚さ－銅箔の厚さ）で表されます。

圧縮密度は、シートの比容量、効率、内部抵抗、およびバッテリーのサイクル性能と密接に関係している。

圧縮密度に影響を与える要因としては、粒子サイズ、分布、形態のすべてが影響を及ぼします。

05 真の密度

絶対密度状態（内部空隙を除く）にある物質の単位体積あたりの固体物質の重量。

真密度は圧縮状態で測定されるため、タップ密度よりも高くなります。一般的に、真密度 > 圧縮密度 > タップ密度の順になります。

06 最初の充放電比容量

グラファイト負極材料は、最初の充放電サイクルにおいて不可逆容量を有します。リチウムイオン電池の最初の充電プロセス中、負極材料の表面にリチウムイオンがインターカレーションされ、電解液中の溶媒分子が共挿入されます。同時に、負極材料の表面は分解してSEI不動態皮膜を形成します。負極表面がSEI皮膜で完全に覆われた後、溶媒分子はインターカレーションできなくなり、反応は停止します。SEI皮膜の生成にはリチウムイオンの一部が消費され、このリチウムイオンは放電プロセス中に負極表面から抽出できないため、不可逆容量損失が発生し、最初の放電の比容量が低下します。

07 第一クーロン効率

負極材料の性能を評価する上で重要な指標の一つは、初回充放電効率、すなわち初回クーロン効率である。クーロン効率は、電極材料の性能を直接的に決定する指標として初めて用いられた。

SEI膜は主に電極材料の表面に形成されるため、電極材料の比表面積はSEI膜の形成面積に直接影響を与える。比表面積が大きいほど、電解質との接触面積が大きくなり、SEI膜が形成される面積も大きくなる。

一般的に、安定したSEI膜の形成は電池の充放電に有益であり、不安定なSEI膜は反応に不利であり、電解液を継続的に消費し、SEI膜の厚さを増し、内部抵抗を増加させると考えられている。

08 サイクル性能

電池のサイクル性能とは、電池容量が規定値まで低下するまでに、特定の充放電サイクル条件下で電池が経験する充放電回数を指します。サイクル性能の観点から見ると、SEI膜はリチウムイオンの拡散をある程度阻害します。サイクル数が増えるにつれて、SEI膜は剥離し、負極表面に堆積し続け、負極の内部抵抗が徐々に増加し、発熱と容量損失を引き起こします。

09 拡張

膨張とサイクル寿命の間には正の相関関係があります。負極が膨張すると、まず巻線コアが変形し、負極粒子に微細な亀裂が生じ、SEI膜が破壊されて再編成され、電解液が消費され、サイクル性能が低下します。次に、ダイヤフラムが圧縮されます。圧力、特に極耳の直角端でのダイヤフラムの押し出しは非常に深刻で、充放電サイクルの進行に伴い、微小短絡や微小金属リチウム析出を引き起こしやすくなります。

膨張自体に関しては、グラファイトのインターカレーションプロセス中にリチウムイオンがグラファイトの層間に埋め込まれ、その結果、層間距離が拡大し、体積が増加します。この膨張部分は不可逆です。膨張量は負極の配向度に関係しており、配向度 = I004/I110 は XRD データから計算できます。異方性グラファイト材料は、リチウムインターカレーションプロセス中に同じ方向 (グラファイト結晶の C 軸方向) に格子膨張を起こす傾向があり、その結果、電池の体積膨張が大きくなります。

10レートパフォーマンス

グラファイト負極材料におけるリチウムイオンの拡散は強い方向性を持ち、グラファイト結晶のC軸端面に垂直な方向にのみ挿入されます。粒子径が小さく比表面積が大きい負極材料ほど、レート性能が優れています。さらに、電極表面抵抗（SEI膜によるもの）と電極導電率もレート性能に影響を与えます。

等方性負極は、サイクル寿命や膨張率と同様に、リチウムイオン輸送チャネルを多数備えているため、異方性構造における入口の少なさや拡散速度の低さといった問題を解決します。ほとんどの材料は、造粒やコーティングなどの技術を用いてレート性能を向上させています。

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原材料名

製品の粒度（メッシュ/μm）

処理能力（トン/時）