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下一代鋰電負(fù)極材料比表分析

來源:麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司   2023年03月10日 17:04  

理論上,硅具有10倍于碳材料的嵌鋰容量,且價格低廉,將硅與碳制備成復(fù)合硅碳負(fù)極,能夠把硅與碳的優(yōu)勢互補,提高鋰離子電池的能量密度。相比傳統(tǒng)的石墨負(fù)極,目前碳硅負(fù)極被認(rèn)為是“下一代”鋰電負(fù)極材料,各大鋰電負(fù)極制造商都已經(jīng)開展布局碳硅負(fù)極材料。


電極材料的比表面信息對于鋰離子電池的電化學(xué)性能、工作性能等有著重要的意義。本文將分享硅碳負(fù)極比表面數(shù)據(jù),對不同的負(fù)極材料一探究竟。


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根據(jù)不同工藝方法制備的硅碳負(fù)極,其比表面的大小也相差巨大,硅碳負(fù)極顆粒的比表面可以小于1m2/g,而有些可以大于100m2/g。Micromeritics亞太演示實驗室近期測試了市面上某硅碳負(fù)極材料的兩種樣品,使用Tristar II Plus比表面積與孔徑分析儀對該樣品在液氮(77K)溫度下進(jìn)行了氮氣物理吸附實驗。

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圖1:樣品1在相對壓力0.05-0.3區(qū)間的吸附等溫線


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圖2:樣品2在相對壓力0.05-0.3區(qū)間的吸附等溫線


使用Tristar II Plus比表面積與孔徑分析儀分別對兩個硅碳負(fù)極樣品進(jìn)行了6輪測試。通過77K下氮氣的吸附以及在相對壓力(P/P0)為0.05-0.3范圍內(nèi)的等溫線數(shù)據(jù),結(jié)合6點BET方法可以快速計算得到這2個樣品的BET比表面數(shù)值。


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以上兩個硅碳負(fù)極樣品脫氣條件為:200度下2小時真空脫氣。測試樣品管口徑為3/8英寸,使用了填充棒降低樣品管背景空間以提高信噪比。


由表1可見,兩個硅碳負(fù)極樣品的比表面不大,均在2左右且相當(dāng)接近。Tristar II Plus比表面積與孔徑分析儀對2個樣品分別6輪測試結(jié)果的平行性很好,重復(fù)性很高,相對標(biāo)準(zhǔn)差均小于千分之五。使用77K氮氣吸附,在相對壓力0.05-0.3的范圍內(nèi),通過6點BET方法,可以很穩(wěn)定的精確計算出低比表硅碳負(fù)極材料的比表面數(shù)值。


另外,從等溫線數(shù)據(jù)可以看出,兩個樣品在相對壓力為0.1處的累計吸附量很小,均不到0.6 cc/g(STP)。一般來說,當(dāng)相對壓力達(dá)到0.1時,微孔填充已經(jīng)達(dá)到飽和,所以在相對壓力為0.1處較低的累計吸附量可能預(yù)示著材料不含或含有很少的微孔,結(jié)合兩個樣品較低的比表面積,粗略判斷兩個硅碳負(fù)極樣品為大孔或無孔材料。如果需要對孔徑大小作準(zhǔn)確的判斷,建議可以對材料做完整的吸脫附等溫線,從而得到完整的孔徑分布。


在鋰離子電池研發(fā)生產(chǎn)不斷升級、更替迭代的大環(huán)境下,了解材料性質(zhì)對研究有著重要影響,Micromeritics致力于為鋰離子電池的研究工作提供專業(yè)支持,如您有相關(guān)材料需要研究或測樣,歡迎聯(lián)系我們,與我們的專業(yè)應(yīng)用科學(xué)家團(tuán)隊進(jìn)行交流。


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公司在美國、英國和西班牙均設(shè)立了研發(fā)和生產(chǎn)基地,并在美洲、歐洲和亞洲設(shè)有直銷和服務(wù)業(yè)務(wù)。Micromeritics 的產(chǎn)品是全球具有創(chuàng)新力的企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)旗下 10,000 多個實驗室的優(yōu)選儀器。我們擁有專業(yè)的科學(xué)家隊伍和響應(yīng)迅速的支持團(tuán)隊,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。


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