Графитизация является центральным элементом процесса производства. 

Принцип графитизации заключается в высокотемпературной термической обработке (2300–3000°C), при которой атомы углерода с аморфной, беспорядочной структурой перестраиваются, образуя термодинамически стабильную трехмерную упорядоченную графитовую кристаллическую структуру. Основой этого процесса является реконструкция гексагональной решетки путем sp²-гибридизации атомов углерода, и он может быть разделен на три стадии:

Стадия роста микрокристаллов (1000–1800°C):
В этом температурном диапазоне примеси в углеродном материале (такие как металлы с низкой температурой плавления, сера, фосфор и др.) начинают газифицироваться и испаряться, а плоскости углеродных слоев постепенно расширяются. Высота микрокристаллов увеличивается с исходных примерно 1 нанометра до 10 нанометров, что закладывает основу для последующей упорядоченности.

Стадия трехмерной упорядоченности (1800–2500°C):
По мере повышения температуры сдвиги между углеродными слоями уменьшаются, а расстояние между слоями постепенно сокращается до 0,343–0,346 нанометра (близко к идеальному значению для графита 0,335 нанометра). Степень графитизации повышается с 0 до 0,9, и материал начинает проявлять явные графитовые свойства, такие как значительное увеличение электро- и теплопроводности.

Стадия совершенствования кристаллов (2500–3000°C):
При еще более высоких температурах микрокристаллы перестраиваются, дефекты решетки (такие как вакансии, дислокации) постепенно устраняются, и степень графитизации приближается к 1,0 (идеальный кристалл). В этот момент удельное электрическое сопротивление материала может снизиться в 4–5 раз, теплопроводность увеличивается примерно в 10 раз, коэффициент линейного термического расширения снижается на 50–80%, а химическая стабильность значительно повышается.

Высокотемпературный энергетический ввод является ключевым движущим фактором графитизации, преодолевающим энергетический барьер для перестройки атомов углерода и обеспечивающим переход от беспорядочной структуры к упорядоченной. Кроме того, добавление катализаторов (таких как бор, железо, ферросилиций и др.) может снизить температуру графитизации и способствовать диффузии атомов углерода и формированию решетки. Например, при содержании кремния в ферросилиции 25% температура графитизации может быть снижена с 2500–3000°C до 1500°C, при этом образуется гексагональный карбид кремния, способствующий формированию графита.

Прикладная ценность графитизации проявляется в всестороннем улучшении свойств материала:

• Электропроводность: после графитизации удельное электрическое сопротивление материала значительно снижается, и он становится единственным неметаллическим материалом с хорошей электропроводностью.
• Теплопроводность: теплопроводность увеличивается примерно в 10 раз, что делает его пригодным для области теплорегулирования.
• Химическая стабильность: устойчивость к окислению и коррозии повышается, что продлевает срок службы материала.
• Механические свойства: хотя прочность может снизиться, путем пропитки можно улучшить пористую структуру, повысить плотность и износостойкость.
• Повышение чистоты: при высоких температурах примеси испаряются, содержание золы в продукте может снизиться примерно в 300 раз, что удовлетворяет требованиям высокой чистоты.

Например, в качестве анодного материала для литий-ионных батарей графитизация является ключевым процессом при производстве синтетического графитового анода. После графитизации энергетическая плотность, циклическая стабильность и скоростные характеристики анодного материала значительно улучшаются, что напрямую влияет на общую производительность батареи. Часть природного графита также подвергается высокотемпературной обработке для дальнейшего повышения степени графитизации, что оптимизирует энергетическую плотность и эффективность зарядки-разрядки.