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比表面積檢測儀HM Model 1210在電池行業(yè)的運用
對于粉體材料而言，比表面與顆粒度相關(guān)，顆粒越細(xì)，比表面越大；與顆粒表面的粗糙度相關(guān)，表面越粗糙，比表面越大；與顆粒表面的孔關(guān)系極大，多孔粉體的比表面積急劇增大，微孔發(fā)達(dá)的粉體材料的比表面可以高達(dá)每克幾千平方米。
由于粉體顆粒十分細(xì)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。
與其他碳材料相比，石墨類材料在反應(yīng)過程中具有較低的嵌鋰電位，同時生成的插鋰層間化合物代替金屬鋰負(fù)極，從而避免了金屬鋰枝晶的沉積，因此安全性得以顯著提高，且石墨材料來源廣泛、價格便宜，是較早應(yīng)用的負(fù)極材料，也是目前主流的鋰離子電池負(fù)極材料。
石墨的粒徑越小，會使得比表面積越大，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能就比較好，但由于與電解液接觸面積大，形成SEI膜的面積也大，造成容量損失過多，降低使用壽命，而且添加的粘結(jié)劑會比較多，造成內(nèi)阻增加。包覆是一種有效的改性方法，可以使負(fù)極的循環(huán)性能得到很大的改善，經(jīng)過包覆處理后，經(jīng)過包覆處理后，無定形碳填補(bǔ)石墨的裂縫和孔洞，可以降低其外比表面，避免生成過多的SEI膜還消耗較多的Li，其次是減少石墨表面的活性點，阻止溶劑分子嵌入而造成的不可逆損失。比表面儀對包覆工藝效果的評估有著重要意義。
三元前驅(qū)體是生產(chǎn)三元正極的關(guān)鍵性材料，通過與鋰源混合燒結(jié)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(qū)體比表面積、形貌直接決定三元正極比表面積、形貌。前驅(qū)體比表面過大，導(dǎo)致經(jīng)燒結(jié)后生成的正極比表面積過大，一方面導(dǎo)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(yīng)加劇，電池循環(huán)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(qū)體比表面的工藝參數(shù)很多，比表面儀可以為合成工藝條件的設(shè)定提供指導(dǎo)。
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(xiàn)。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(jié)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(yīng)，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(qū)體合成工藝扣控制難度更高。
磷酸鐵鋰作為動力電池的正極材料，其比表面積與電池的性能密切相關(guān)。通常情況下，磷酸鐵鋰的比表面積與碳含量呈線性關(guān)系。生產(chǎn)中有比表面積測試儀進(jìn)行測試。比表面積太小，說明材料的碳包覆量不夠，直接體現(xiàn)是電池內(nèi)阻偏高、循環(huán)性能不好。比表面積過大，說明材料的碳包覆量過高，直接的體現(xiàn)是材料的電化學(xué)性能好，但易團(tuán)聚、極片加工困難，且涂布不均勻等。
在儲能研究領(lǐng)域中，氧化鎢因其化學(xué)穩(wěn)定性好、化學(xué)活性高、理論比容量大、導(dǎo)電能力強(qiáng)等優(yōu)點，成為近年來的研究重點。氧化鎢是一種缺陷態(tài)物質(zhì)，表面的氧空穴可以成為導(dǎo)帶的電子授體，從而使該材料成為n型半導(dǎo)體。因此，在實際應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fù)極材料物理化學(xué)吸附性能。目前，研究者制備出許多種晶體結(jié)構(gòu)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(fù)極材料物理化學(xué)吸附性能。
硅的理論比容量高達(dá)4200 mAh/g，遠(yuǎn)高于當(dāng)前傳統(tǒng)石墨負(fù)極372 mAh/g。硅基負(fù)極材料是目前鋰離子電池高能量密度化有效的技術(shù)方向，也是我國鋰離子電池今后的重點發(fā)展方向，具有廣闊的商業(yè)前景。但其在在循環(huán)過程中體積形變巨大（＞300%），致使活性物質(zhì)粉化，電極結(jié)構(gòu)破壞以及有效電接觸的損失，導(dǎo)致可逆容量的快速衰減甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全問題阻礙了硅基負(fù)極材料的應(yīng)用推廣。
目前主要通過納米化、多孔化、摻雜以及復(fù)合化等方式來改善硅材料的電化學(xué)性能。
硅碳復(fù)合材料作為一類應(yīng)用潛力巨大的負(fù)極材料，成為近年來研究的熱點。碳與硅相近似的化學(xué)性質(zhì)，為兩者的緊密結(jié)合提供了理論依據(jù)，所以碳常作為與硅復(fù)合的基質(zhì)理論上，碳材料一般作為分散基質(zhì)，限制硅顆粒的體積變化，并作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)維持電極內(nèi)部良好的電接觸，有效抑制了硅基材料在充放電過程中的巨大體積變化，解決了電池體系嚴(yán)重的循環(huán)壽命問題，是當(dāng)前高容量電池的最重要的負(fù)極體系。
納米硅碳，通過硅基材料與石墨等高結(jié)晶碳的共混，并進(jìn)一步調(diào)控材料的共混比例和尺寸（如納米化）。硅碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)一般分為四類，即核殼結(jié)構(gòu)、蛋黃結(jié)構(gòu)、多孔型結(jié)構(gòu)和嵌入型結(jié)構(gòu)。多孔型結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠改善Si/C負(fù)極性能，明顯減小顆粒接觸損失和界面應(yīng)力，使得多孔Si/C復(fù)合材料的電極在循環(huán)過程中具有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，較大的比表面積和均勻分布的通道縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑，增加了復(fù)合材料的反應(yīng)活性，提高了電池倍率性能。
鋰離子電池隔膜的性能決定著電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，并影響著電池的容量、循環(huán)壽命，尤其電池的安全性能。為優(yōu)化隔膜的熱穩(wěn)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(jié)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(wěn)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(yōu)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(jù)涂層厚度要求選擇陶瓷顆粒的粒徑大小。
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