应用笔记丨下一代锂电负极材料比表分析

理论上，硅具有10倍于碳材料的嵌锂容量，且价格低廉，将硅与碳制备成复合硅碳负极，能够把硅与碳的优势互补，提高锂离子电池的能量密度。相比传统的石墨负极，目前碳硅负极被认为是“下一代”锂电负极材料，各大锂电负极制造商都已经开展布局碳硅负极材料。

电极材料的比表面信息对于锂离子电池的电化学性能、工作性能等有着重要的意义。本文将分享硅碳负极比表面数据，对不同的负极材料一探究竟。

根据不同工艺方法制备的硅碳负极，其比表面的大小也相差巨大，硅碳负极颗粒的比表面可以小于1m²/g，而有些可以大于100m²/g。Micromeritics亚太演示实验室近期测试了市面上某硅碳负极材料的两种样品，使用Tristar II Plus比表面积与孔径分析仪对该样品在液氮（77K）温度下进行了氮气物理吸附实验。

图1：样品1在相对压力0.05-0.3区间的吸附等温线

图2：样品2在相对压力0.05-0.3区间的吸附等温线

使用Tristar II Plus比表面积与孔径分析仪分别对两个硅碳负极样品进行了6轮测试。通过77K下氮气的吸附以及在相对压力（P/P⁰）为0.05-0.3范围内的等温线数据，结合6点BET方法可以快速计算得到这2个样品的BET比表面数值。

表1：碳硅负极比表面（m²/g）测试结果

以上两个硅碳负极样品脱气条件为：200度下2小时真空脱气。测试样品管口径为3/8英寸，使用了填充棒降低样品管背景空间以提高信噪比。

由表1可见，两个硅碳负极样品的比表面不大，均在2左右且相当接近。Tristar II Plus比表面积与孔径分析仪对2个样品分别6轮测试结果的平行性很好，重复性很高，相对标准差均小于千分之五。使用77K氮气吸附，在相对压力0.05-0.3的范围内，通过6点BET方法，可以很稳定的精确计算出低比表硅碳负极材料的比表面数值。

另外，从等温线数据可以看出，两个样品在相对压力为0.1处的累计吸附量很小，均不到0.6 cc/g（STP）。一般来说，当相对压力达到0.1时，微孔填充已经达到饱和，所以在相对压力为0.1处较低的累计吸附量可能预示着材料不含或含有很少的微孔，结合两个样品较低的比表面积，粗略判断两个硅碳负极样品为大孔或无孔材料。如果需要对孔径大小作准确的判断，建议可以对材料做完整的吸脱附等温线，从而得到完整的孔径分布。

在锂离子电池研发生产不断升级、更替迭代的大环境下，了解材料性质对研究有着重要影响，Micromeritics致力于为锂离子电池的研究工作提供专业支持，如您有相关材料需要研究或测样，欢迎联系我们，与我们的专业应用科学家团队进行交流。

锂离子电池基础知识及

Micromeritics产品在该领域的应用

本次研讨会将会讲解锂离子电池的基础知识，以及Micromeritics的不同表征仪器在锂离子电池的研发、生产环节中的应用。内容将涉及锂离子电池中的正极、负极、隔膜、固态电解质等多孔材料的比表面、孔径分布、孔容、颗粒尺寸、密度和粉体宏观性质的测量分析，同时结合部分理论知识和应用案例让大家更好地理解学到的知识。