石墨等锂离子电池负极材料比表面积的测试影响因素研究
锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成,正负极浸润在电解液中,在充电过程中,负极接受锂离子的嵌入,放电过程中,实现锂离子的脱出。负极材料对电池的容量和循环性能有着决定性作用,根据嵌锂机理,通常将锂离子电池负极材料分为嵌入型、合金型和转化反应型[1]
与其他碳材料相比,石墨类材料在反应过程中具有较低的嵌锂电位,同时生成的插锂层间化合物代替金属锂负极,从而避免了金属锂枝晶的沉积, 因此安全性得以显著提高,且石墨材料来源广泛、价格便宜,是较早应用的负极材料,也是目前主流的锂离子电池负极材料。
在液态锂离子电池的首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是Li+的优良导体,Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此被称为“固体电解质界面膜”简称SEI膜。
SEI膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率。负极材料比表面积大小会影响SEI膜的生成,从而影响锂离子电池的性能。本文以石墨为例,探究影响锂离子电池负极材料比表面积的因素。
“GB/T 24533-2019锂离子电池石墨类负极材料[2]”、“GB/T 38824-2020软炭[3]”、“GB/T30836-2014锂离子电池用钛酸锂及其炭复合负极材料[4]”、《“硅碳”和“球形石墨”国家标准征求意见稿》等,都规定了作为锂离子负极材料的比表面积范围,详见附录。
实验部分
气体对测试结果的影响
(1)气体纯度
“GB/T 19587气体吸附BET法测定固态物质比表面积[5]”标准中规定,吸附气体以及任何用来校定体积或载气用的氦气纯度至少为99.99%(体积分数)。必要时应干燥和净化气体。
(2)吸附质
通常沸点为约77.3K的氮气是最合适的吸附气体。有时沸点为87.27K的氩气也是一种很好的用于比表面积测量的吸附气体。
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参考文献(均可点击下载!)
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