2019中美貿易戰（zhàn）我國石墨製品製造（zào）技術和國（guó）外的差距

我國石（shí）墨（mò）製品製造技術（shù）和國（guó）外（wài）的差距
（一）特種（zhǒng）碳素材料（liào）我國的特碳行業發展較晚，從開始的照國外生搬（bān）硬套，到如今（jīn）有符合自己國 情（qíng）的產品和技術（shù）。經過了幾十年的不斷學習和摸索，我（wǒ）們國家的特碳行業開（kāi）始逐 漸走（zǒu）向正軌。特碳製品根據其成型工藝方法不同一般分為冷模壓石墨、振（zhèn）動成型 石墨（mò）、熱擠壓石墨、等靜（jìng）壓石墨等。在模壓成型和振動成型方麵，我們的技術可 與國外最先進的技術相媲美（měi）。 模壓成型方麵最有（yǒu）代表性的企業有（yǒu）。一些產品（pǐn）已 經在國（guó）際上有很高的聲譽，這些企業也在不斷的發展壯大（dà），配置了 2000 噸（dūn）的（de）模 壓成（chéng）型機（jī），生產成品質量可達 200kg。振動成型方麵代表（biǎo）性企業有山東淄博大陸 碳素，大同新（xīn）城及內蒙青山特碳等，其中 GSK 產品在國際上都有很高的知名度（dù）。 這些企業生產技術成熟，產品性（xìng）能穩定，部分產品（pǐn）作（zuò）為等靜壓產（chǎn）品（pǐn）的替代品（pǐn）受到 極大（dà）的關注，如電火花（huā）加工用石墨、有色（sè）金屬（shǔ）結晶（jīng）器和一些機械密封件等。
然而在熱擠壓成型和等靜壓成形方麵，我們與國外先進（jìn）技（jì）術還有一些差距。 擠壓成型方麵，方大碳素和中鋼吉碳都取得了比較（jiào）顯（xiǎn）著的成果，他們的產品可以 代表我國的先進水平（píng）。但是，與德國的西格裏（lǐ）和美國的 UCAR 公司的擠壓成型產 品相比，國內的產品尺寸偏小（xiǎo），最大尺（chǐ）寸即（jí） 500 mm×450 mm×3000mm，西格裏 公司的產品最大尺寸可達 670 mm×450 mm×3000mm。此外，國內產品的（de）各向同 性（xìng）和機械強度（dù）還（hái）有待提高。
等靜壓石墨是石墨材（cái）料（liào）中的精品，具有一係列優異性（xìng）能（néng），因此，它將會與高 新技術、國防尖端技術（shù）密切相關，成為 21 世紀最有價值的新材料之一。雖（suī）然， 我國已經有了自己的等靜壓石墨生產企業，但是大部分等靜壓石（shí）墨產品（pǐn）性能較 低、品種單一、大規格高性能等靜壓石墨（mò）尚不能生產。國外等靜壓石墨材料的發（fā） 展已（yǐ）經有很（hěn）長（zhǎng）的曆史，其中日、美、德、法四國所生產的等靜壓石墨已擁有近百 種型號並自成（chéng）係（xì）列，為其它（tā）高、精、尖領域發展提（tí）供了大量（liàng）的新類型石墨產品。 相對比而言，國內（nèi）與國外的等靜壓石墨材料差距主（zhǔ）要體現在以下幾點：
1、 原料和配方 原料和配方不同，產品內部的排（pái）列（liè）結（jié）構和（hé）元素組成不同，所以外部（bù）顯現的理 化性能也有很大的差別（bié）。 我國（guó）生產（chǎn）等靜壓石墨的原料基本上與其他石墨產品所用 原料相同（tóng），即石油焦和瀝青（qīng）焦。國外（wài）具體的生產原料和配方，對我國一直是保密 的。德國西格裏公司於 2007 年在收購山（shān）西泉海碳素（sù）公司後（hòu），成立了“西格裏泉 海碳素（sù）（山西）有限公司”。就（jiù）目前的態勢來說，德國西格裏在中國（guó）的生（shēng）產基地 還僅僅是利用焙（bèi）燒與（yǔ）石墨化這兩道工序來進行生產（chǎn）。 法國羅蘭公司在重慶投資建（jiàn） 設了 2500 噸/年的等靜壓石墨材料的生（shēng）產基地。該生產基地（dì）並不是完整的生產 線，其關鍵的（de）工藝磨料、配方、混捏、造粒等關鍵工（gōng）藝均沒有在重慶進（jìn）行生產。 並且（qiě）其部分（fèn）石（shí）墨化和純化工（gōng）藝是在江蘇昆山的工廠進行。 這些外商投資的跨國（guó）公 司把等靜壓（yā）石墨材料（liào）生產（chǎn）核心的材料配方工藝仍放（fàng）在國外。 這對我國發展等靜壓 技術是一個（gè）製約和考驗，需要我們投入更多人力物力去探索。
2、 工藝（yì）方麵的差異 工藝方麵的差異可以從下表（biǎo）看出，我國從硬件設備（bèi）到工藝（yì）流程都有待提高。 工藝 裝備 中 國（guó） 外 國 常規 工藝流程 配料→壓型→一焙→一浸→二焙→二 浸→三焙→（三浸→四焙→）石墨化 配料→壓型（xíng）→一焙→（一浸→二焙→） 石墨化（huà） 自動化程 度 低 生產 成本 高 成品 率 低 先進 高 低 高
3、 產品性能差異 下表顯（xiǎn）示（shì）為國內外等靜壓石墨產品（pǐn）性能方麵的（de）差異， 正因為原料和（hé）工藝方麵 的差異造成（chéng）我們產品性能方麵的落（luò）後。 粒度（?m） 平均 中國 外國 25-45 5-25 最小（xiǎo） 8 1-3 純度（ppm） 高（gāo） 200 50 超高 ＜20 ＜2 低 高 低 高 低 高 短 長 機械（xiè）強（qiáng）度（dù） 光潔（jié）度 加（jiā）工性能 使用壽命
4、 尺寸（cùn） 目前大規格、特大規格等靜壓（yā）各向同性石墨是我國石墨製品的一項缺口。目 前日本最大可以生產直徑 2500mm 的各向同性石墨，西格裏產品的直徑也可以達 到 1250mm，重慶（qìng）羅（luó）蘭特種石墨有限公司可以生產最大直徑 1500mm，最長 2m 的（de）等 靜壓石墨。而國內大規格各向同性石墨較少，直徑 500mm 以下已經產能過剩，但 直（zhí）徑 600mm 以上較少，設備也難以配套，產品質（zhì）量很難穩定。
從（cóng）以上四方（fāng）麵看出，我國（guó）的等靜壓成型技術（shù）尚處於初級階段，還有很長的路 要走。但是我國每年要從國外進口大（dà）約 3/4 的等靜壓石墨坯料，並且我國約消耗 全球等靜壓石墨產品的 1/4，由此可見，我國無疑是世界上一塊潛力巨（jù）大（dà）的等靜 壓石墨市場。然而（ér），目前等靜壓石墨產（chǎn）品在我國隻有（yǒu）近 10 年的曆史,尚屬起步階（jiē） 段。國內廠商生產的等靜壓石墨，產量低，質量、性能以及產品尺寸、規格不能 完（wán）全滿足市場需求，多為一些低端小尺寸產品（pǐn），和國外主要廠家的產品存在比較 大的差距。具體表現在尺寸較小、強（qiáng）度、密度（dù）不夠，同時最重要（yào）的差別是在於材（cái） 料結構和性能的不均勻性。 這些差距主要是由於原材料選擇（zé）以及生產技術（shù）工藝（yì）還 沒有（yǒu）達到先（xiān）進水平， 幾乎所有高端特種（zhǒng）石墨都是（shì）依賴進口， 主要是從美國、 日本、 德國、法國（guó）這（zhè）四個等靜壓石墨的生產基（jī）地進口。
所（suǒ）以，在等靜壓方麵，我們的工 作還有（yǒu）很多。 此外，特碳產（chǎn）品的應用領域非常廣泛，從應用角度（dù）來說（shuō），和（hé）國外的特碳產品 相比，我們的產品也存（cún）在規格少，種類（lèi）不夠齊全等（děng）不足。

（二）負極材料炭材料是（shì）發（fā）現最早(1926 年) 用於鋰（lǐ）離子電池（LIB）負極的材料,到（dào） 20 世（shì） 紀 80 年代（dài）進一步發現鋰（lǐ）在炭材料中嵌入反應的電位接近鋰的電位,不（bú）容易與有 機溶劑反應,並具有很好的循環性能， 故認為是最佳,也是應用最為廣泛的鋰（lǐ）離（lí）子 電池的負極材料（liào）。 目前（qián）,開發和使用（yòng）的鋰離子電池負極材料主要有石墨、軟碳(Soft Carbon) 、 硬碳(Hard Caobon) 等。在石墨中（zhōng）有天然（rán）石墨、人造石墨（mò）、石墨碳纖維。在軟碳 中常（cháng）見的有石油焦（jiāo）、針（zhēn）狀（zhuàng）焦、碳纖維、中間（jiān）相碳微球(Mesocarbon Microbends , 縮寫 MCMB) 等。硬碳（tàn）是指（zhǐ）高分子聚合物的熱解碳。常見的有樹脂碳、有機（jī）聚（jù）合（hé） 物熱解碳、碳黑等。 在鋰離子電池負極材（cái）料中，石墨（mò）類碳負（fù）極材料以其來源廣泛，價格便宜，
一 直是負極材料的（de）主要類型。除石（shí）墨化中間相碳微球（MCMB）、低端人（rén）造石墨占（zhàn）據 小部分市場（chǎng）份額外，改性天然石墨正在（zài）取（qǔ）得越來（lái）越多（duō）的市場占有率。我國擁有豐 富的天然石（shí）墨礦產資源，在以天然石墨（mò）為原料（liào）的鋰離子負極材料的產業化方麵， 深圳貝特瑞電池（chí）材料有限公司以高新科技促（cù）進傳統產業的發展， 運（yùn）用獨（dú）特（tè）的整形 分（fèn）級、機械改性和（hé）熱化學提純（chún）技術，將普通鱗片（piàn）石墨加工成（chéng）球形石墨，將純度提 高到 99.95%以上，最高可（kě）以達到 99.9995%。並（bìng）通過機械融合、化學改性等先進 的表麵（miàn）改性技術（shù）研（yán）製（zhì）、生產（chǎn）出具有（yǒu）國際領先水平的高端負極材料產品，其首（shǒu）次放 電容量達 360mAh/g 以上，首次效率大於 95%，壓實（shí）比達 1.7g/cm3，循環壽命 500 次容量保持在 88%以上。
產品出口至（zhì）日本、韓國、美國、加拿大、丹麥、印 度等國（guó）家，並在國內 40 餘家鋰電廠家應用。該公司年產 1800 噸天然複合（hé）石墨 （MSG、AMG、616、717、818 等）、1200 噸人造石墨負極材料（SAG 係（xì）列、NAG 係列、316 係列、317 係列）、3000 噸球形石墨（SG）、5000 噸天然微粉石墨 和 600 噸錳酸鋰（lǐ）正極材料，並正在不斷擴大生產規模，同時可以根據客戶的需 求、工藝、設備以及存在的問題為客戶開發客戶需要的產品（pǐn）。生產的產品品質穩 定、均一，具有很好的電化學性能和卓越（yuè）加工性能，可調產品的比表麵（miàn）積、振實 密度、壓實密（mì）度、不純物含量和粒度分布等（děng）。主要生產設備和檢測儀（yí）器均從（cóng）國外 進口，從而形（xíng）成該公司獨特的核心競爭力的一部分。在鋰離子電池負極材料（liào）行業 貝特瑞已經引領（lǐng）了該行（háng）業的發展方向。 表 1 不同廠家天然石墨負極材料性（xìng）能比較 表 2 不（bú）同廠家（jiā）人造石墨負極（jí）材料性能比較 表（biǎo） 3 不同廠家中間相碳微球（MCMB）負極材料（liào）性能比較 表 4 負極材料競爭力 相對（duì）於國內主要發展天然石墨（mò）負極，日本更注（zhù）重（chóng）硬碳（tàn）材料的研究，如樹脂碳 (如酚醛樹脂、 環氧樹脂、 聚糠醇 PFA-C 等)、 有機聚合物熱解碳(PVA， PVC， PVDF， PAN 等)、碳黑（hēi）(乙炔黑)。其中，日本 Sony 公司已把聚糠醇樹（shù）脂碳 PFA-C 用作鋰 離子電池負極材料，PFA-C 的容量可達 400mAh/g，PFA-C 晶（jīng）麵（miàn）間距 (d002)相當， 這（zhè）有利於鋰的嵌入而不會引起結構顯（xiǎn）著膨脹，具有很好的充放電（diàn）循環性能。另一 種硬碳材料是由酚（fēn）醛樹脂在 800℃以下熱解得到的非晶體半導體材料多（duō）並苯 (PAS)，其容量高達 800mAh/g，晶麵間距（jù）為 0.37-0.40nm，有利於鋰在其中嵌入脫嵌，循環性能好。 石墨負極材料已成功商品化，但還有一些難以克服的弱點。這是因為碳負極 在有（yǒu）機電解液中會形成鈍化層（céng）(SEI 層)，該層雖可傳（chuán）遞電子和鋰（lǐ）離子，但（dàn）會（huì）引起 初始容量的不可逆損失；而且碳電極的電位（wèi）與金屬鋰的電位很接近，當電池過（guò）充 電時，碳電極表麵易析出金屬鋰，從而可能會形成鋰枝晶而引起短路（lù）；其次（cì），在 高溫下，碳負極上的保護層可能（néng）分解而導致電池著火；另外（wài），碳電極的性能受製 備工藝的影響（xiǎng）很大。鑒於以上情況，尋找性能更為良好的非（fēi）碳負極材（cái）料仍是鋰離 子電池研究的重要課題。近年來（lái），有很多研究者都報告了他們研究非碳負（fù）極材料 所取得的成果，尤其在有關金屬間化合物方麵。他們的研究結果表明，金屬（shǔ）基化 合物相（xiàng）對於純金（jīn）屬負極材料來說，比容量雖有少量的降低，但（dàn）循環性能卻有明（míng）顯 的改善。
（三）柔性石墨柔性石墨（mò），是（shì）鱗片石（shí）墨的一種深加工產品。它是利用鱗片石墨能形成（chéng）層間化 合物的特性，將鱗片（piàn）石（shí）墨經特（tè）定的化學（xué）處理，使（shǐ）之形成某種層（céng）間化合（hé）物，再經高 溫熱處理，使層間化合物分解（jiě），同時，石墨延 C 軸方向迅速膨脹，形（xíng）成一種具有 優良柔性的物質，即膨脹（zhàng）石墨（或柔性石墨），將膨（péng）脹石墨添加或不加粘結劑壓 製成的各種形體的材料即為柔（róu）性石墨材料。柔性石墨具（jù）有（yǒu）優良的性（xìng）能，它在保（bǎo）留 了鱗片石墨耐高溫、耐腐蝕、自（zì）潤滑等性能的同時，還具有柔軟性、回彈性、可 塑性、不滲透性、自粘性、低（dī）密度和各向異性等特性。因此，它能（néng）在（zài）苛刻的條件 下工作。比如在密封方麵，它與橡膠、石棉等相比，具有無（wú）可比擬的（de）優越（yuè）性，堪 稱當代的“密封之王”，有人（rén）還稱它是一種“革命性的材料”。也正因為如此， 柔性石墨才引起了世界各國的普遍重視，得到（dào）了迅速發展。
從本世紀六十年代美 國聯合碳化物公（gōng）司首先研製成功膨脹石（shí）墨密封材料（liào）開始，短短三十（shí）年的（de）時間，柔 性石墨已進入許多領域甚至一些高技術領域。特別象美、日、英（yīng）、德等工業發達 國家對（duì）柔性石墨的研究（jiū）非常廣泛（fàn）， 已涉及到層間化合物的製備方（fāng）法等許多深層次 的問題，且目前仍大有繼續以展之勢。 我國對柔性石墨的研究應用起步較晚， 過去（qù）用作關鍵（jiàn）設備上（shàng）的高級柔性石墨 材料一般都從國外進口。一九七八年以後，隨著改革開放的深入（rù），柔性石墨的研 究開發才得以迅猛發展，並由此而進入了一個新階段。八十年代初期，我國（guó）的柔 性石墨隻應（yīng）用於密封材料，而且還隻是（shì）在石油（yóu）、化工（gōng）等少（shǎo）數行業中用作靜密封（fēng）， 應用範圍很窄。
進入八十年代中期之後， 隨著科學研究的深入和產品質量的（de）改善， 柔性石墨的應用才（cái）有了突（tū）破。首先是在密封方麵有了提高，能夠（gòu）在壓力交變和溫 度交變較大的情況下正常工作，即可用（yòng）作出了動密封，此時，它不僅防泄漏，而 且還以自身的潤滑性保（bǎo）護軸和閥杆等免遭磨損，起到延長設備使用壽命之功效。 由於柔性石墨對各種液體、汽體均不滲透，能夠達到完全密封，因而它在汽（qì）車、 造船等行業特別受歡迎。其次，柔性石墨還被製成（chéng）各種保護渣，廣泛運用於鋼錠 澆鑄技術（shù）。第（dì）三，有些廠家在冶（yě）煉稀有（yǒu）金屬（shǔ）時使用柔性石墨作保護材料，也取得 了初步成功。此外，柔性石墨還被用作原子核裝置的抗輻射內襯材料，高溫（wēn）爐（lú）中 雜質擴散擋柵材料和熱屏蔽（bì）材料，高（gāo）溫石墨組件的電氣觸（chù）點或加熱（rè）元件，坩堝內 襯以（yǐ）及改進型整流電刷和可變阻器的電刷等。
十年間，我國柔性石墨製品生產從起步發展到了現在的一百多個（gè）生產廠家， 年（nián）產量約達 600 噸，國內柔性石墨材料的研製成功和生產能力的擴大，既結束了 我國過去在這方麵（miàn）全部（bù）依靠進口的局（jú）麵，又推動了相關工業的進步。 雖然我國柔性石墨研究（jiū）開發進展較快，但是和日本、德國、美國相（xiàng）比還是存（cún） 在很大的差距。主要是生（shēng）產水平較低，產品質量與發達國（guó）家差距較大。比如（rú）柔性 石墨製品的抗（kàng）拉強度比國外同類產品低近（jìn） 20%，而摩擦（cā）係數則（zé）要比（bǐ）國外產品高 20%。此外，在品種（zhǒng）規格上（shàng），我們也顯（xiǎn）得單簿（bù），西方一些發達（dá）國家和日本根據不 同的使用條件，研製了抗氧化型、防腐型等 1600 多種柔（róu）性石墨製品，幾乎達到 了應有盡有的程度；在柔性石墨製品複合材料方麵，日本已研製成功（gōng）了六種，而 我們隻（zhī）有三種，其中還有一種尚處於試用階段。
（三）石墨電極 目前中（zhōng）國炭素企業已超過 400 家, 年生產石墨電極能力約 70 萬 t, 是世界 上最大的（de）石墨電極生產國之一, 但工序配套、批量規模生產的企業隻有 50 多家, 較之國（guó）外（wài）技術水平仍存在一定差距。目前, 中國石墨（mò）電極研製的最大規格是 Φ700 mm , 而（ér）在 21 世紀初, 世（shì）界上已經開始使用（yòng） Φ800 mm 的石墨電極。近年 來, 隨著中國冶金產業結構（gòu）的優化升級, 落後生產裝備的小電爐日漸被淘汰, 高功率和超高功率電爐迅速發展, 從而使普通功率中小規格（gé）石墨電極（jí）市場供需 大大萎縮, 產品嚴重過剩, 高功率石墨電極供需基本平衡, 超高功率大規（guī）格石 墨電極需求量逐年（nián）遞增, 產品供不應求。
因此, 這幾年炭素行業石墨（mò）電極供需基（jī） 本處於超高功率（lǜ）電極供不應求, 高功率（lǜ）電極供需基本平衡, 普通功（gōng）率電極供過 於求的狀況。在品種結構方麵, 與發達國家的差距非常大, 目前美國 U CAR、日 本東海（hǎi）、昭和（hé）電（diàn）工等生產的（de）都是超高功率電極, 80% 左右是 500 mm 以上大規格 的超（chāo）高（gāo）功（gōng）率電極。而中國超高功率電極產（chǎn）量（liàng）僅占石墨電極總產量的 27% 左右, 超高功率（lǜ）和高功率電爐煉鋼要比普通功率電爐煉鋼節電 10%～ 20% , 冶煉時間 縮短（duǎn） 20% , 單位成（chéng）本總計節（jiē）約 10% 以上, 因此煉鋼電爐用超高功率發（fā）展是大（dà）勢 所趨。