隨著鋰電負極的不斷研發(fā)和鈉離子電池的持續(xù)發(fā)展，負極材料的微孔化和硬碳負極材料都受到越來越多的關注。
增加負極碳材料的微孔率，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-碳負極材料。而對于鈉電負極，硬碳是目前選擇較多的材料。微孔碳基負極材料的綜合孔徑分布是鋰電研發(fā)生產(chǎn)中備受關注的眾多指標之一，本文將介紹使用Micromeritics物理吸附儀綜合分析微孔硬碳負極的具體細節(jié)。
多孔碳基負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衍生碳等。特別的，像利用生物質，如果殼、皮、秸稈、稻殼等經(jīng)高溫碳化及結構重整來制備多層級微孔負極材料是一種經(jīng)濟環(huán)保的路徑，符合我國的資源回收利用政策。
為了響應客戶的需求，Micromeritics公司利用二氧化碳探針分子測試碳基微孔材料的優(yōu)勢，結合氮氣吸附等溫線，利用先進的HS-2D-NLDFT模型，可以得到微孔碳基負極材料的綜合孔徑分布。
Micromeritics Tristar II Plus 物理吸附儀
我們將某生物質衍生硬碳負極材料通過Tristar II Plus物理吸附儀常規(guī)版分別測試，得到了其N2和CO2的吸附等溫線，見下圖：
圖1：生物質衍生微孔硬碳負極N2吸附等溫線
圖1顯示的是典型Ib型吸附等溫線，說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表面積。由于單單基于N2吸附可能無法表征微孔的孔徑分布，此時可以再做一個273K下的CO2吸附等溫線，見圖2。
圖2：生物質衍生微孔硬碳負極CO2吸附等溫線
由于在273K下，CO2的飽和蒸汽壓較高，所以相對壓力一般只能達到0.03。也正是由于CO2在此溫度下有較高的飽和蒸汽壓，可以較快地擴散到碳基微孔中，以縮短測試時間。另外，CO2作為吸附探針分子，可以在較高的相對壓力下，給出相對于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，見圖3。
圖3：生物質衍生微孔硬碳負極的N2和CO2綜合孔徑分布
圖3中綠色曲線是孔徑分布曲線，峰頂對應的孔徑稱為最可幾孔徑。紅色的曲線對應的是累計孔體積曲線。可以看到此材料主要富含小于2nm的微孔，并含有一些2-3nm的小介孔。通過Tristar II Plus 得到的N2和CO2吸附等溫線以及NLDFT模型的計算結果，此材料的孔內累計比表面積達到了1571 m2/g。
圖4：生物質衍生微孔硬碳負極的總孔體積和孔內比表面
此生物質衍生硬碳負極材料的孔內比表面積很大，可以用來制備高硅含量硅-碳負極，大大提高負極的比容量，同時合成材料可為廢棄的生物質，這樣又可以進一步降低高比容量負極材料的成本，得到高性價比的鋰電/鈉電負極。
圖5：等溫線實驗點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模型計算的理論吸附等溫線（黑色實線）和N2吸附等溫線實驗點（綠點）以及CO2吸附等溫線實驗點（紅點）的吻合度，見圖5。我們用最新的HS-2D-NLDFT模型計算了N2吸附等溫線，用NLDFT-CO2@273K, Carbon模型計算了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算而來。
隨著鋰電，鈉電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級和發(fā)展，Micromeritics一直在緊緊跟隨其產(chǎn)業(yè)的前沿研究領域，不斷地開發(fā)新的、更高級的分析模型和軟件應用模塊，以適用于制造生產(chǎn)及學術界對于不斷開發(fā)的新材料的表征需求，為中國的鋰電、鈉電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展助力護航。
關于我們
Micromeritics 是提供表征顆粒、粉體和多孔材料的物理性能、化學活性和流動性的全球高性能設備生產(chǎn)商。我們能夠提供一系列行業(yè)前沿的技術，包括比重密度法、吸附、動態(tài)化學吸附、壓汞技術、粉末流變技術、催化劑活性檢測和粒徑測定。
公司在美國、英國和西班牙均設立了研發(fā)和生產(chǎn)基地，并在美洲、歐洲和亞洲設有直銷和服務業(yè)務。Micromeritics 的產(chǎn)品是全球具有創(chuàng)新力的企業(yè)、政府和學術機構旗下 10,000 多個實驗室的優(yōu)選儀器。我們擁有專業(yè)的科學家隊伍和響應迅速的支持團隊，他們能夠將 Micromeritics 技術應用于各種要求嚴苛的應用中，助力客戶取得成功。
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