吴小文/刘洪波/康飞宇综述：用于热管理、电池电极和核能领域的天然石墨研发新进展

https://doi.org/10.1016/S1872-5805(23)60717-6

天然石墨是富碳有机物在高温高压地质环境长期作用下转变形成的一种非金属矿物。天然石墨具有导热、导电、耐高温、耐腐蚀和防辐射等诸多优点，已广泛应用于热管理、电池制造和核能等众多领域。除结晶形态外，矿物纯度即固定碳含量是影响天然石墨应用的一个重要因素，而从高品质天然石墨矿物中分离出杂质难度较大。如何高效地提纯天然石墨矿物，以及提纯后的天然石墨有哪些材料化利用途径及先进应用，均为研究人员所关心的问题。

近日，中国地质大学（北京）吴小文教授课题组联合湖南大学刘洪波教授课题组和清华大学康飞宇教授课题组在《新型炭材料（中英文）》(New Carbon Materials)上发表了题为，“Recent progress in the research and development of natural graphite for use in thermal management, battery electrodes and the nuclear industry”的综述文章。文章从天然石墨的类型和矿物资源储量出发，介绍了一些传统的提纯工艺和获得高纯度石墨的新方法（图1）。文中指出，在天然石墨提纯过程中，少量存在石墨中的杂质（尤其是B元素）难以被去除，这将严重影响石墨制品的性能。针对这类问题，团队研究发现，在各温区通入适当的反应气体可以有效去除这些杂质。例如，为抑制高温下B₄C的生成，可以在该温区加入低沸点的氟化物。此外，文章还重点综述了天然石墨特别是微晶石墨在热管理、电池制造和核能等能源利用领域的最新研究进展。并预测，实现高纯石墨的高效生产以及开发微晶石墨的高端应用将是未来研究和生产活动的重要组成部分。

图1 图片摘要

文章信息

DUAN Sheng-zhi, WU Xiao-wen, WANG Yi-fan, FENG Jian, HOU Shi-yu, HUANG Zheng-hong, SHEN Ke, CHEN Yu-xi, LIU Hong-bo, KANG Fei-yu. Recent progress in the research and development of natural graphite for use in thermal management, battery electrodes and the nuclear industry. New Carbon Mater., 2023, 38(1): 73-95.

通讯作者简介

吴小文，中国地质大学（北京）教授，博士生导师，英国伦敦大学学院访问学者。主要从事新型炭材料、陶瓷基复合材料、非金属矿物与工业固废材料化利用相关科研及教学工作。主持国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金面上项目、地质调查项目专题、北京高校“青年英才”计划项目、中央高校基本科研业务费项目和企业横向项目20余项。发表论文200余篇。获授权国家发明专利10余项。编制行业标准10余部。参编教材1部。获“科创江苏”创新创业大赛二等奖（2021）。现为中国非金属矿工业协会石墨及石墨材料专业委员会委员，担任CARBON等20多个学术期刊审稿人。

刘洪波，湖南大学教授，博士生导师。兼任中国电工技术学会炭石墨材料专业委员会主任委员、中国金属学会炭素材料分会副主任委员、中国仪器仪表学会仪表功能材料学会理事、中国非金属矿工业协会石墨及石墨材料专业委员会常务理事、中国硅酸盐学会矿物材料分会理事、湖南省石墨标准化委员会主任委员。《功能材料》、《新型炭材料（中英文）》、《炭素》和《炭素技术》杂志编委。在国内外杂志上发表论文280余篇，获得中国发明专利10余项。

康飞宇，清华大学教授，主要从事碳材料及其在能源与环境中应用的研究。是国家纳米研究重大计划（973）首席科学家、炭功能材料国家地方联合工程实验室主任、广东省首批能源与环境材料创新科研团队带头人；入选享受国务院特殊津贴、“广东特支计划”杰出人才及深圳市杰出人才、中国微纳米学会会士；获国家技术发明二等奖（排名1）、国家技术发明三等奖（排名3）、省部级自然科学一等奖2项（排名第1）、省部级发明一等奖（排名1）及深圳市市长奖、第16届广东省何颖科技奖等。发表SCI论文500余篇，2018-2022年连续被选为科睿唯安高被引科学家；与他人合作编撰“碳材料科学与工程—从基础到应用”等中英文著作8部；获国家发明专利150件，美国、日本、韩国专利12件，已有32件专利技术实现了技术转移和应用，是碳-石墨材料和电池领域的知名专家。