2026-02-27 09:57:25 格尔唯(上海)技术有限公司
实验方法
结果与讨论
IGC-ID定量表征色散表面能与路易斯酸碱特性
色散表面能
色散表面能源于分子间的瞬时偶极-诱导偶极相互作用,是决定材料表面吸附性、润湿性的关键因素。研究以正构烷烃为非极性探针,通过IGC-ID测试得到探剂的净保留体积,计算出甲基基团的吸附自由能,进而根据Dorris-Gray与Park两种方法,定量得到NCM与NCMA的色散表面能(γₛD)。
测试结果显示,两种材料的γₛD均随温度升高呈线性下降,且NCM的γₛD在全温度范围内均显著高于NCMA:NCM在333~363 K范围内γₛD为80.7~120.6 mJ m⁻²,298 K时达167 mJ m⁻²;NCMA在393~423 K范围内γₛD为73.6~84.1 mJ m⁻²,298 K时为116 mJ m⁻²。
测试温度 (K) | NCM (γSD mJ/m²) | NCMA (γSD, mJ/m²) | 差值 (ΔγSD) |
353.15 | 120.6 | 84.1 | 36.5 |
363.15 | 108.9 | 80.2 | 28.7 |
373.15 | 92.4 | 76.4 | 16.0 |
383.15 | 80.7 | 73.6 | 7.1 |
铝掺杂导致NCMA γₛD降低的主要原因是Al³⁺诱导的晶格紧固与表面致密化,减少了材料表面的高能量吸附位点,提升了表面能量的均匀性。而高的γₛD通常对应材料的高亲水性,因此NCMA更低的γₛD使其具有更强的疏水性,能够有效排斥电解液中的残留水分,减少LiOH与Li₂CO₃的生成,有利于形成稳定的CEI膜。
路易斯酸碱特性
表面的路易斯酸碱特性是决定电极-电解质界面极性相互作用的核心,本研究采用6种极性探剂,通过IGC-ID测试得到探剂与材料表面的特异性吸附吉布斯自由能(-ΔGASP),并结合Gutmann给体数(DN)-受体数(AN)模型,计算出表征表面路易斯酸性的受体参数KA与表征路易斯碱性的给体参数KB,定量解析材料的表面酸碱特性。
结果表明,所有极性探剂的-ΔGASP均随温度升高线性下降,符合热力学规律,且NCM的-ΔGASP显著高于NCMA,表明NCM表面的极性更强,存在更多的活性位点与探针分子发生特异性相互作用。DN/AN模型拟合结果显示,NCM的KA=1.48、KB=1.13,KA/KB=1.31,表现为两性表面且主导路易斯碱性,其表面的Ni-O、Mn-O等基团易提供电子,与酸性探针分子发生强相互交互作用;而NCMA的KA=1.64、KB=0.47,KA/KB=3.49,表面**转向路易斯酸性主导**,这是由于Al³⁺的掺杂减少了表面的电子给体位点,同时提升了表面含氧官能团等路易斯酸性位点的密度,实现了表面酸碱特性的调控。
结论
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