比表面积分析仪在锂电池行业的运用

发布日期：2023-12-07 浏览次数：113

比表面积分析仪在锂电池行业的运用

比表面指单位质量粉体材料的总表面积，单位是m²/g。电池材料（钻酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、石墨、三元材料等）的比表面积是特别重要的物性指标，比表面积对浆料的配制、极片的涂布、电池库仑效率和循环性能等均有较大影响，了解电池材料的表面特性对其性能以及参数改善有很好的指导作用。

对于粉体材料而言，比表面与颗粒度相关，颗粒越细，比表面越大；与颗粒表面的粗糙度相关，表面越粗糙，比表面越大；与颗粒表面的孔关系极大，多孔粉体的比表面积急剧增大，微孔发达的粉体材料的比表面可以高达每克几千平方米。

由于粉体颗粒十分细小，比表面无法直接测定，通常采用氮吸附法，即利用粉体材料表面的吸附特性，用氮分子作为“量具"，测试出粉体表面的氮气吸附量，并按照一定的物理模型计算出比表面积。

检测原理

气态的原子和分子可以自由地运动。相反，固态时原子由于相邻原子间的静电引力而处于固定的位置。但固体最外层（或表面）的原子比内层原子周围具有更少的相邻原子。这种最外层原子的受力失衡导致了表面能的产生。固体表面上的原子与液体一样，受力都是不均匀的，但是它不像液体表面分子可以移动，而是定位的。因此，大多数固体比液体具有更高的表面能。为了弥补这种静电引力不平衡，表面原子就会吸附周围空气中的气体分子。






隔膜涂覆陶瓷粉体




锂离子电池隔膜的性能决定着电池的界面结构、内阻等，并影响着电池的容量、循环寿命，尤其电池的安全性能。为优化隔膜的热稳定性、抗锂枝晶穿刺等性能，通常在隔膜表面涂覆陶瓷涂层。目前，陶瓷隔膜的制备方式主要是将纳米或亚微米的陶瓷粉体（如氧化铝和勃姆石）、粘结剂等分散在溶剂中形成浆料，再通过涂布法或浸渍法在聚烯烃隔膜表面涂覆。一般而言，低粘度、高分散、高稳定陶瓷悬浮体是较为理想的陶瓷浆料。陶瓷隔膜一般使用纳米级陶瓷粉体，比表面积为1-12m2/g，优选为4-8m2/g，高的比表面积，可以使得涂覆后的隔膜对电解液具有良好的润湿性及保液率，可根据涂层厚度要求选择陶瓷颗粒的粒径大小。




三元正极



三元前驱体是生产三元正极的关键性材料，通过与锂源混合烧结制成三元正极，其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。三元前驱体比表面积、形貌直接决定三元正极比表面积、形貌。前驱体比表面过大，导致经烧结后生成的正极比表面积过大，一方面导致正极振实、压实密度下降，锂电池能量密度下降，同时正极材料与电解液界面反应加剧，电池循环寿命下降；另一方面由于空隙变多，锂离子传输通道变多，电池倍率性能提升。影响前驱体比表面的工艺参数很多，比表面仪可以为合成工艺条件的设定提供指导。


锂电池能量密度的提升，除了提高比容量以外，还可以通过提高充电截止电压、提高正极材料压实密度来实现。合成单晶三元正极材料是提高充电截止电压、压实密度的有效方法之一。普通三元正极形貌为一次单晶颗粒聚集成的球形或类球形二次颗粒，由多个微粒结合而成，粒度分布较宽。单晶三元正极材料特殊的一次单晶颗粒，比表面积低，有效降低了与电解液间的副反应，对于单晶三元正极而言小粒径单晶可一定程度降低单晶比表面积下降影响，提升倍率性能，不过小颗粒前驱体合成工艺扣控制难度更高。

氧化钨负极



在储能研究领域中，氧化钨因其化学稳定性好、化学活性高、理论比容量大、导电能力强等优点，成为近年来的研究重点。氧化钨是一种缺陷态物质，表面的氧空穴可以成为导带的电子授体，从而使该材料成为n型半导体。因此，在实际应用中，通过增加纳米氧化钨材料的比表面积和表面缺陷，可以显著提高其吸附能力。


目前，研究者制备出许多种晶体结构的纳米氧化钨，如纳米空心球、海胆状纳米颗粒、纳米线、介孔纳米材料等，它们都具有较大的比表面积或表面缺陷，能提升锂电池负极材料物理化学吸附性能。目前，研究者制备出许多种晶体结构的纳米氧化钨，如纳米空心球、海胆状纳米颗粒、纳米线、介孔纳米材料等，它们都具有较大的比表面积或表面缺陷，能提升锂电池负极材料物理化学吸附性能。



每单位质量的表面积(单位: m/g对粉体原料及最终制品

能够提出特性及质量的重要数据能够对表面状况以及颗粒进行严密评估强凝具力的奈米颗粒也能精确测量

应用实例

电子部品材料

·电池材料

·催化剂

·精细陶瓷

·奈米颗粒

·颜料

· Filler

·金属粉末

·研磨材

·玻璃材料

·医药原料等

Macsorb@特征

全自动测定

>由脱气至计算实际表面积的所有过程都可以全自动操作一能够去除操作员的量测误差，取得高精度的数据

2透过BET流动法实现快速测量每个样品的测量时间约10至15分钟

比表面积测定装置结合自动进样器，可以在无人看守状况下最大自动测量数量可达30个样品>可以将样本设置完成后下班回家，于第二天早上上班取得数据

多种选配提供选择

>可以依据现场的使用状况，追加安装预热器提供操作容易的软件系统(部分软件也可以客制化)