随着锂电负极的不断研发和钠离子电池的持续发展，负极材料的微孔化和硬碳负极材料都受到越来越多的关注。

增加负极碳材料的微孔率，可以提高其比表面积，用以沉积更多的硅原子，以制备高比容量的硅-碳负极材料。而对于钠电负极，硬碳是目前的首选材料。微孔碳基负极材料的综合孔径分布是锂电研发生产中备受关注的众多指标之一，本文将介绍使用Micromeritics物理吸附仪综合分析微孔硬碳负极的具体细节。

 Micromeritics Tristar II Plus 物理吸附仪

多孔碳基负极材料制备所需的碳源可以有很多种，如煤衍生碳、沥青衍生碳、多糖衍生碳以及生物质衍生碳等。特别的，像利用生物质，如果壳、皮、秸秆、稻壳等经高温碳化及结构重整来制备多层级微孔负极材料是一种经济环保的路径，符合我国的资源回收利用政策。

为了响应客户的需求，Micromeritics公司利用二氧化碳探针分子测试碳基微孔材料的优势，结合氮气吸附等温线，利用先进的HS-2D-NLDFT模型，可以得到微孔碳基负极材料的综合孔径分布。

我们将某生物质衍生硬碳负极材料通过Tristar II Plus物理吸附仪常规版分别测试，得到了其N2和CO2的吸附等温线，见下图：

图1：生物质衍生微孔硬碳负极N2吸附等温线

图1显示的是典型Ib型吸附等温线，说明此材料中有微孔和一些2-3nm小介孔。总体的吸附量也较大，材料也有着较高的孔内表面积。由于单单基于N2吸附可能无法表征完全微孔的孔径分布，此时可以再做一个273K下的CO2吸附等温线，见图2。

图2：生物质衍生微孔硬碳负极CO2吸附等温线

由于在273K下，CO2的饱和蒸汽压较高，所以相对压力一般只能达到0.03。也正是由于CO2在此温度下有较高的饱和蒸汽压，可以较快地扩散到碳基微孔中，以缩短测试时间。另外，CO2作为吸附探针分子，可以在较高的相对压力下，给出相对于N2更小的微孔信息，所以非常适合用于碳基微孔材料的孔径分布表征。

现在，结合麦克软件中的NLDFT Advanced PSD模块，我们就可以得到完整的微孔至大孔区域的孔径分布，见图3。

图3：生物质衍生微孔硬碳负极的N2和CO2综合孔径分布

图3中绿色曲线是孔径分布曲线，峰顶对应的孔径称为最可几孔径。红色的曲线对应的是累计孔体积曲线。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。通过Tristar II Plus 得到的N2和CO2吸附等温线以及NLDFT模型的计算结果，此材料的孔内累计比表面积达到了1571 m2/g。

图4：生物质衍生微孔硬碳负极的总孔体积和孔内比表面

此生物质衍生硬碳负极材料的孔内比表面积很大，可以用来制备高硅含量硅-碳负极，大大提高负极的比容量，同时合成材料可为废弃的生物质，这样又可以进一步降低高比容量负极材料的成本，得到高性价比的锂电/钠电负极。

图5：等温线实验点和理论吸附等温线的吻合度

此外，在NLDFT Advanced PSD模块中，还显示了根据NLDFT模型计算的理论吸附等温线（黑色实线）和N2吸附等温线实验点（绿点）以及CO2吸附等温线实验点（红点）的吻合度，见图5。我们用最新的HS-2D-NLDFT模型计算了N2吸附等温线，用NLDFT-CO2@273K, Carbon模型计算了273K下的理论CO2吸附等温线。综合的孔径分布正是基于这两条理论吸附等温线计算而来。

随着锂电，钠电产业的优化升级和发展，Micromeritics一直在紧紧跟随其产业的前沿研究领域，不断地开发新的、更高级的分析模型和软件应用模块，以适用于制造生产及学术界对于不断开发的新材料的表征需求，为中国的锂电、钠电产业的发展助力护航。

关于我们

Micromeritics 是提供表征颗粒、粉体和多孔材料的物理性能、化学活性和流动性的全球高性能设备生产商。我们能够提供一系列行业前沿的技术，包括比重密度法、吸附、动态化学吸附、压汞技术、粉末流变技术、催化剂活性检测和粒径测定。

公司在美国、英国和西班牙均设立了研发和生产基地，并在美洲、欧洲和亚洲设有直销和服务业务。Micromeritics 的产品是全球具有创新力的知名企业、政府和学术机构旗下 10,000 多个实验室的优选仪器。我们拥有世界级的科学家队伍和响应迅速的支持团队，他们能够将 Micromeritics 技术应用于各种要求严苛的应用中，助力客户取得成功。