隨著鋰電負極的不斷研發和鈉離子電池的持續發展，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，硬碳是目前的首選材料。微孔碳基負極材料的綜合孔徑分布是鋰電研發生產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。

 Micromeritics Tristar II Plus 物理吸附儀

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濟環保的路徑，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。

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。總體的吸附量也較大，材料也有著較高的孔內表面積。由于單單基于N2吸附可能無法表征完全微孔的孔徑分布，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，鈉電產業的優化升級和發展，Micromeritics一直在緊緊跟隨其產業的前沿研究領域，不斷地開發新的、更高級的分析模型和軟件應用模塊，以適用于制造生產及學術界對于不斷開發的新材料的表征需求，為中國的鋰電、鈉電產業的發展助力護航。

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商。我們能夠提供一系列行業前沿的技術，包括比重密度法、吸附、動態化學吸附、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和生產基地，并在美洲、歐洲和亞洲設有直銷和服務業務。Micromeritics 的產品是全球具有創新力的知名企業、政府和學術機構旗下 10,000 多個實驗室的優選儀器。我們擁有世界級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。