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隨著鋰電負(fù)極的不斷研發(fā)和鈉離子電池的持續(xù)發(fā)展，負(fù)極材料的微孔化和硬碳負(fù)極材料都受到越來(lái)越多的關(guān)注。

增加負(fù)極碳材料的微孔率，可以提高其比表面積，用以沉積更多的硅原子，以制備高比容量的硅-碳負(fù)極材料。而對(duì)于鈉電負(fù)極，硬碳是目前的首選材料。微孔碳基負(fù)極材料的綜合孔徑分布是鋰電研發(fā)生產(chǎn)中備受關(guān)注的眾多指標(biāo)之一，本文將介紹使用Micromeritics物理吸附儀綜合分析微孔硬碳負(fù)極的具體細(xì)節(jié)。

 Micromeritics Tristar II Plus 物理吸附儀

多孔碳基負(fù)極材料制備所需的碳源可以有很多種，如煤衍生碳、瀝青衍生碳、多糖衍生碳以及生物質(zhì)衍生碳等。特別的，像利用生物質(zhì)，如果殼、皮、秸稈、稻殼等經(jīng)高溫碳化及結(jié)構(gòu)重整來(lái)制備多層級(jí)微孔負(fù)極材料是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的路徑，符合我國(guó)的資源回收利用政策。

為了響應(yīng)客戶的需求，Micromeritics公司利用二氧化碳探針?lè)肿訙y(cè)試碳基微孔材料的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合氮?dú)馕降葴鼐€，利用先進(jìn)的HS-2D-NLDFT模型，可以得到微孔碳基負(fù)極材料的綜合孔徑分布。

我們將某生物質(zhì)衍生硬碳負(fù)極材料通過(guò)Tristar II Plus物理吸附儀常規(guī)版分別測(cè)試，得到了其N(xiāo)2和CO2的吸附等溫線，見(jiàn)下圖：

圖1：生物質(zhì)衍生微孔硬碳負(fù)極N2吸附等溫線

圖1顯示的是典型Ib型吸附等溫線，說(shuō)明此材料中有微孔和一些2-3nm小介孔?？傮w的吸附量也較大，材料也有著較高的孔內(nèi)表面積。由于單單基于N2吸附可能無(wú)法表征完全微孔的孔徑分布，此時(shí)可以再做一個(gè)273K下的CO2吸附等溫線，見(jiàn)圖2。

圖2：生物質(zhì)衍生微孔硬碳負(fù)極CO2吸附等溫線

由于在273K下，CO2的飽和蒸汽壓較高，所以相對(duì)壓力一般只能達(dá)到0.03。也正是由于CO2在此溫度下有較高的飽和蒸汽壓，可以較快地?cái)U(kuò)散到碳基微孔中，以縮短測(cè)試時(shí)間。另外，CO2作為吸附探針?lè)肿?，可以在較高的相對(duì)壓力下，給出相對(duì)于N2更小的微孔信息，所以非常適合用于碳基微孔材料的孔徑分布表征。

現(xiàn)在，結(jié)合麥克軟件中的NLDFT Advanced PSD模塊，我們就可以得到完整的微孔至大孔區(qū)域的孔徑分布，見(jiàn)圖3。

圖3：生物質(zhì)衍生微孔硬碳負(fù)極的N2和CO2綜合孔徑分布

圖3中綠色曲線是孔徑分布曲線，峰頂對(duì)應(yīng)的孔徑稱為最可幾孔徑。紅色的曲線對(duì)應(yīng)的是累計(jì)孔體積曲線?？梢钥吹酱瞬牧现饕缓∮?nm的微孔，并含有一些2-3nm的小介孔。通過(guò)Tristar II Plus 得到的N2和CO2吸附等溫線以及NLDFT模型的計(jì)算結(jié)果，此材料的孔內(nèi)累計(jì)比表面積達(dá)到了1571 m2/g。

圖4：生物質(zhì)衍生微孔硬碳負(fù)極的總孔體積和孔內(nèi)比表面

此生物質(zhì)衍生硬碳負(fù)極材料的孔內(nèi)比表面積很大，可以用來(lái)制備高硅含量硅-碳負(fù)極，大大提高負(fù)極的比容量，同時(shí)合成材料可為廢棄的生物質(zhì)，這樣又可以進(jìn)一步降低高比容量負(fù)極材料的成本，得到高性價(jià)比的鋰電/鈉電負(fù)極。

圖5：等溫線實(shí)驗(yàn)點(diǎn)和理論吸附等溫線的吻合度

此外，在NLDFT Advanced PSD模塊中，還顯示了根據(jù)NLDFT模型計(jì)算的理論吸附等溫線（黑色實(shí)線）和N2吸附等溫線實(shí)驗(yàn)點(diǎn)（綠點(diǎn)）以及CO2吸附等溫線實(shí)驗(yàn)點(diǎn)（紅點(diǎn)）的吻合度，見(jiàn)圖5。我們用最新的HS-2D-NLDFT模型計(jì)算了N2吸附等溫線，用NLDFT-CO2@273K, Carbon模型計(jì)算了273K下的理論CO2吸附等溫線。綜合的孔徑分布正是基于這兩條理論吸附等溫線計(jì)算而來(lái)。

隨著鋰電，鈉電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)和發(fā)展，Micromeritics一直在緊緊跟隨其產(chǎn)業(yè)的前沿研究領(lǐng)域，不斷地開(kāi)發(fā)新的、更高級(jí)的分析模型和軟件應(yīng)用模塊，以適用于制造生產(chǎn)及學(xué)術(shù)界對(duì)于不斷開(kāi)發(fā)的新材料的表征需求，為中國(guó)的鋰電、鈉電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展助力護(hù)航。

關(guān)于我們

Micromeritics 是提供表征顆粒、粉體和多孔材料的物理性能、化學(xué)活性和流動(dòng)性的全球高性能設(shè)備生產(chǎn)商。我們能夠提供一系列行業(yè)前沿的技術(shù)，包括比重密度法、吸附、動(dòng)態(tài)化學(xué)吸附、壓汞技術(shù)、粉末流變技術(shù)、催化劑活性檢測(cè)和粒徑測(cè)定。

公司在美國(guó)、英國(guó)和西班牙均設(shè)立了研發(fā)和生產(chǎn)基地，并在美洲、歐洲和亞洲設(shè)有直銷(xiāo)和服務(wù)業(yè)務(wù)。Micromeritics 的產(chǎn)品是全球具有創(chuàng)新力的知名企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)旗下 10,000 多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)選儀器。我們擁有世界級(jí)的科學(xué)家隊(duì)伍和響應(yīng)迅速的支持團(tuán)隊(duì)，他們能夠?qū)?Micromeritics 技術(shù)應(yīng)用于各種要求嚴(yán)苛的應(yīng)用中，助力客戶取得成功。