比表面積分析儀在鋰電池行業的運用

發布日期：2023-12-07      瀏覽次數：801

比表面積分析儀在鋰電池行業的運用

比表面指單位質量粉體材料的總表面積，單位是m2/g。電池材料（鉆酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、石墨、三元材料等）的比表面積是特別重要的物性指標，比表面積對漿料的配制、極片的涂布、電池庫侖效率和循環性能等均有較大影響，了解電池材料的表面特性對其性能以及參數改善有很好的指導作用。

對于粉體材料而言，比表面與顆粒度相關，顆粒越細，比表面越大；與顆粒表面的粗糙度相關，表面越粗糙，比表面越大；與顆粒表面的孔關系極大，多孔粉體的比表面積急劇增大，微孔發達的粉體材料的比表面可以高達每克幾千平方米。

由于粉體顆粒十分細小，比表面無法直接測定，通常采用氮吸附法，即利用粉體材料表面的吸附特性，用氮分子作為“量具"，測試出粉體表面的氮氣吸附量，并按照一定的物理模型計算出比表面積。

檢測原理

氣態的原子和分子可以自由地運動。相反，固態時原子由于相鄰原子間的靜電引力而處于固定的位置。但固體最外層（或表面）的原子比內層原子周圍具有更少的相鄰原子。這種最外層原子的受力失衡導致了表面能的產生。固體表面上的原子與液體一樣，受力都是不均勻的，但是它不像液體表面分子可以移動，而是定位的。因此，大多數固體比液體具有更高的表面能。為了彌補這種靜電引力不平衡，表面原子就會吸附周圍空氣中的氣體分子。





      
隔膜涂覆陶瓷粉體




鋰離子電池隔膜的性能決定著電池的界面結構、內阻等，并影響著電池的容量、循環壽命，尤其電池的安全性能。為優化隔膜的熱穩定性、抗鋰枝晶穿刺等性能，通常在隔膜表面涂覆陶瓷涂層。目前，陶瓷隔膜的制備方式主要是將納米或亞微米的陶瓷粉體（如氧化鋁和勃姆石）、粘結劑等分散在溶劑中形成漿料，再通過涂布法或浸漬法在聚烯烴隔膜表面涂覆。一般而言，低粘度、高分散、高穩定陶瓷懸浮體是較為理想的陶瓷漿料。陶瓷隔膜一般使用納米級陶瓷粉體，比表面積為1-12m2/g，優選為4-8m2/g，高的比表面積，可以使得涂覆后的隔膜對電解液具有良好的潤濕性及保液率，可根據涂層厚度要求選擇陶瓷顆粒的粒徑大小。




三元正極



三元前驅體是生產三元正極的關鍵性材料，通過與鋰源混合燒結制成三元正極，其性能直接決定三元正極材料核心理化性能。三元前驅體比表面積、形貌直接決定三元正極比表面積、形貌。前驅體比表面過大，導致經燒結后生成的正極比表面積過大，一方面導致正極振實、壓實密度下降，鋰電池能量密度下降，同時正極材料與電解液界面反應加劇，電池循環壽命下降；另一方面由于空隙變多，鋰離子傳輸通道變多，電池倍率性能提升。影響前驅體比表面的工藝參數很多，比表面儀可以為合成工藝條件的設定提供指導。


鋰電池能量密度的提升，除了提高比容量以外，還可以通過提高充電截止電壓、提高正極材料壓實密度來實現。合成單晶三元正極材料是提高充電截止電壓、壓實密度的有效方法之一。普通三元正極形貌為一次單晶顆粒聚集成的球形或類球形二次顆粒，由多個微粒結合而成，粒度分布較寬。單晶三元正極材料特殊的一次單晶顆粒，比表面積低，有效降低了與電解液間的副反應，對于單晶三元正極而言小粒徑單晶可一定程度降低單晶比表面積下降影響，提升倍率性能，不過小顆粒前驅體合成工藝扣控制難度更高。

氧化鎢負極



在儲能研究領域中，氧化鎢因其化學穩定性好、化學活性高、理論比容量大、導電能力強等優點，成為近年來的研究重點。氧化鎢是一種缺陷態物質，表面的氧空穴可以成為導帶的電子授體，從而使該材料成為n型半導體。因此，在實際應用中，通過增加納米氧化鎢材料的比表面積和表面缺陷，可以顯著提高其吸附能力。


目前，研究者制備出許多種晶體結構的納米氧化鎢，如納米空心球、海膽狀納米顆粒、納米線、介孔納米材料等，它們都具有較大的比表面積或表面缺陷，能提升鋰電池負極材料物理化學吸附性能。目前，研究者制備出許多種晶體結構的納米氧化鎢，如納米空心球、海膽狀納米顆粒、納米線、介孔納米材料等，它們都具有較大的比表面積或表面缺陷，能提升鋰電池負極材料物理化學吸附性能。



每單位質量的表面積(單位: m/g對粉體原料及最終制品

能夠提出特性及質量的重要數據能夠對表面狀況以及顆粒進行嚴密評估強凝具力的奈米顆粒也能精確測量

應用實例

電子部品材料

·電池材料

·催化劑

·精細陶瓷

·奈米顆粒

·顏料

· Filler

·金屬粉末

·研磨材

·玻璃材料

·醫藥原料等

Macsorb@特征

全自動測定

>由脫氣至計算實際表面積的所有過程都可以全自動操作一能夠去除操作員的量測誤差，取得高精度的數據

2透過BET流動法實現快速測量每個樣品的測量時間約10至15分鐘

比表面積測定裝置結合自動進樣器，可以在無人看守狀況下最大自動測量數量可達30個樣品>可以將樣本設置完成后下班回家，于第二天早上上班取得數據

多種選配提供選擇

>可以依據現場的使用狀況，追加安裝預熱器提供操作容易的軟件系統(部分軟件也可以客制化)