很多剛接觸材料領(lǐng)域的朋友會誤以為“石墨包覆改性”是某種儀器，其實這是一種針對石墨材料的表面改性工藝-通過在石墨顆粒表面包覆一層或多層其他物質(zhì)（如碳、陶瓷、聚合物等），改善石墨的抗氧化性、界面相容性、電化學(xué)性能等，從而拓展其應(yīng)用場景。而實現(xiàn)這一工藝的核心設(shè)備中，噴霧干燥機(jī)因具備包覆均勻、規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)勢，成為主流選擇之一。下面我們就從核心設(shè)備、應(yīng)用行業(yè)，以及新能源電池領(lǐng)域的具體制備案例三個維度，全面拆解石墨包覆改性技術(shù)。

先明確核心設(shè)備：石墨包覆改性并非依賴單一儀器，而是一套工藝體系，其中關(guān)鍵設(shè)備包括噴霧干燥機(jī)、混合分散設(shè)備、高溫碳化爐等，其中噴霧干燥機(jī)承擔(dān)著“精準(zhǔn)包覆+快速成型”的核心作用。

噴霧干燥機(jī)的工作原理的是將石墨粉與包覆前驅(qū)體（如石墨烯 oxide、樹脂、金屬鹽等）的混合漿料，通過霧化器分散成微小液滴，再與高溫?zé)釟饬鹘佑|，液滴瞬間干燥，同時完成前驅(qū)體在石墨表面的均勻包覆，最終形成球形度好、包覆層致密的改性石墨顆粒。這種設(shè)備的優(yōu)勢在于能實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，且包覆層厚度均勻可控，能有效避免傳統(tǒng)包覆工藝中出現(xiàn)的團(tuán)聚、包覆不充分等問題，特別適合新能源材料規(guī)模化制備的需求。除此之外，輔助設(shè)備還包括用于原料混合的高速分散機(jī)、用于包覆后前驅(qū)體固化的高溫碳化爐（惰性氣氛下），以及用于物料提純的分級設(shè)備等。

從應(yīng)用行業(yè)來看，石墨包覆改性產(chǎn)品憑借其優(yōu)異的性能，已滲透到多個高端領(lǐng)域，其中新能源電池領(lǐng)域是當(dāng)前最核心的應(yīng)用場景，此外還包括航空航天、電子封裝、化工等行業(yè)。在新能源電池領(lǐng)域，改性石墨主要用于鋰離子電池、鋰硫電池的電極材料，通過包覆能提升電極的導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性，降低充放電過程中的體積膨脹；在航空航天領(lǐng)域，包覆了耐高溫陶瓷（如ZrC）的石墨材料，可用于制造發(fā)動機(jī)熱端部件，憑借其高熔點、抗氧化性強(qiáng)的特點，提升部件在極端環(huán)境下的使用壽命；在電子封裝領(lǐng)域，改性石墨因兼具高導(dǎo)熱性和低膨脹系數(shù)，可用于制備散熱墊片，解決電子器件的散熱難題；在化工領(lǐng)域，包覆后的石墨可用作耐腐蝕催化劑載體，提升催化劑的穩(wěn)定性和使用壽命。

接下來重點介紹三個新能源電池領(lǐng)域采用那艾儀器噴霧干燥機(jī)制備石墨包覆改性產(chǎn)品的案例，這些案例均已通過實驗驗證或初步工業(yè)化應(yīng)用，展現(xiàn)了噴霧干燥技術(shù)在該領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢。

第一個案例是噴霧干燥制備石墨烯包覆硫復(fù)合材料，用于鋰硫電池正極。鋰硫電池因理論容量高、成本低，被認(rèn)為是下一代高性能新能源電池的重要方向，但傳統(tǒng)硫正極存在導(dǎo)電性差、充放電過程中 polysulfide 穿梭效應(yīng)嚴(yán)重（導(dǎo)致容量快速衰減）等問題。研究人員通過噴霧干燥法，將硫納米顆粒與石墨烯 oxide（GO）的混合漿料進(jìn)行霧化干燥，成功制備出微球形硫/石墨烯 oxide 復(fù)合材料，其中石墨烯 oxide 形成褶皺結(jié)構(gòu)，均勻包覆在硫納米顆粒表面。該工藝的關(guān)鍵在于霧化參數(shù)的調(diào)控，通過優(yōu)化霧化壓力和熱氣流溫度，使液滴干燥過程中形成致密的包覆結(jié)構(gòu)。最終產(chǎn)品的電化學(xué)性能顯著提升，在 0.1C 倍率下初始放電容量達(dá)到 1400 mAh/g，經(jīng)過 150 次循環(huán)后，放電容量仍保持在 828 mAh/g。石墨烯包覆層不僅構(gòu)建了高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升了硫正極的導(dǎo)電性，還能通過物理吸附作用抑制 polysulfide 的擴(kuò)散，有效緩解了穿梭效應(yīng)，為鋰硫電池的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)提供了可行的材料制備方案。

第二個案例是噴霧干燥制備石墨烯包覆富鋰錳基材料，用于鋰離子電池正極。富鋰錳基材料（LNMO）是一種高能量密度正極材料，但存在循環(huán)過程中容量衰減快、倍率性能差等問題，限制了其在動力電池中的應(yīng)用。為解決這一問題，科研團(tuán)隊采用噴霧干燥法制備了小片徑石墨烯包覆的 Li1.22Mn0.52Ni0.26O2 復(fù)合材料（G-LNMO）。具體過程為：將富鋰錳基前驅(qū)體與石墨烯 oxide 分散液混合均勻，形成穩(wěn)定的漿料，通過噴霧干燥機(jī)霧化成液滴，經(jīng)高溫干燥后得到前驅(qū)體顆粒，再經(jīng)過后續(xù)燒結(jié)處理，最終形成石墨烯包覆的富鋰錳基材料。掃描電鏡和透射電鏡觀察證實，石墨烯納米片均勻分散并緊密包覆在富鋰錳基顆粒表面。電化學(xué)測試結(jié)果顯示，包覆后的材料性能大幅提升：0.1C 倍率下放電容量從 199.8 mAh/g 提升至 220.2 mAh/g，1C 倍率下從 87.1 mAh/g 提升至 117.6 mAh/g；在 0.5C 倍率下經(jīng)過 100 次循環(huán)后，容量保持率達(dá)到 88%，相較于未包覆材料提升了 17%。這一提升得益于石墨烯包覆層降低了電池充放電過程中的極化，提升了電極動力學(xué)性能，同時減緩了電極與電解液之間的副反應(yīng)，有效提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

第三個案例是噴霧干燥制備石墨烯包覆鈦酸鋰微球，用于混合電池-電容器（BatCap）陽極。混合電池-電容器兼具電池的高能量密度和電容器的高功率密度，在新能源儲能領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，其性能提升的關(guān)鍵在于電極材料的優(yōu)化。研究人員以銳鈦礦型 TiO2 為起始原料，與石墨烯 oxide 分散液混合后，通過噴霧干燥輔助固相反應(yīng)法，一步制備出三維褶皺石墨烯片包裹的納米 Li4Ti5O12（LTO@GS）復(fù)合微球。噴霧干燥過程中，霧化形成的液滴在高溫氣流中快速干燥，石墨烯 oxide 片層在鈦酸鋰顆粒表面折疊團(tuán)聚，形成獨(dú)特的三維包覆結(jié)構(gòu)。該復(fù)合微球作為混合電池-電容器的陽極材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的高倍率性能和超長循環(huán)壽命：在長期循環(huán)測試中，經(jīng)過 20000 次循環(huán)后，比電容仍保持初始值的 90%，庫侖效率接近 100%。這一優(yōu)異性能源于石墨烯包覆層構(gòu)建的高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以及三維結(jié)構(gòu)帶來的良好離子傳輸通道，同時包覆層還能有效抑制鈦酸鋰顆粒在充放電過程中的體積膨脹，提升材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

綜上，石墨包覆改性是通過多設(shè)備協(xié)同實現(xiàn)的材料性能優(yōu)化工藝，其中噴霧干燥機(jī)憑借高效、均勻、可規(guī)模化的優(yōu)勢，成為新能源電池領(lǐng)域改性石墨制備的核心設(shè)備。從鋰硫電池到鋰離子電池，再到混合儲能器件，噴霧干燥法制備的包覆改性石墨材料均展現(xiàn)出顯著的性能提升效果，為新能源電池的高能量密度、長循環(huán)壽命發(fā)展提供了關(guān)鍵支撐。隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，石墨包覆改性技術(shù)將不斷迭代優(yōu)化，在更多高端領(lǐng)域釋放應(yīng)用潛力。