磷酸铁锂比表面积测定仪

气体吸附法比表面积及孔径分布分析测试中，对吸附质气体最基本要求是其化学性质稳定，被吸附过程中不会对样品本身的性能和表面吸附特性产生任何影响，且必须是可逆的物理吸附。氮气是最常用的吸附质，实践表明，绝大多数物质的测定选择氮气作为吸附质，测试的结果准确性和重复性都很理想。对于含有微孔类的样品，若微孔尺度非常小，基本接近氮气分子的直径时，一方面氮气的分子很难或根本无法进入微孔内，导致吸附不完全;另一方面，气体分子在与其直径相当的孔内吸附特性非常复杂，受很多额外因素影响，因此吸附量大小不能完全反应样品表面积的大小。对于这类样品，一般采用分子直径更小的氩气或氪气来作为吸附质，以利于样品的吸附和保证测试结果的有效性。

不同的测试方法对测试结果也会有很大的影响，不同的测试方法有着各自的优缺点。连续流动法中，由于采用的是"对比"的原理，相比容量法，能有效降低样品处理对测试结果的影响。通过对比的方法，在某种程度上，标准样品和被测样品由于处理的不完善导致的误差可以抵消掉，前提是两种样品的表面结构和吸附特性相近似，处理条件相同。这对于用于产品质量现场控制目的的检测非常有价值，减少样品处理时间，可以大大提高检测效率。如果用同样的物质作为标准样品和被测样品，由于表面结构和吸附特性近似，比表面积测试结果就会对样品处理条件不敏感，换句话说就是误差被抵消掉。因此连续流动法非常适合产品质量现场检测。相反，容量法可以说对样品处理非常敏感，因其采用的是绝对的吸附量测定原理，任何的表面不洁净或其它影响吸附质吸附过程的因素都会对测定结果产品直接的影响。

气体吸附法比表面积及孔径分布(孔隙度)测试中，有几个因素对测试过程和结果会产生非常重要的影响。对测试结果的有效分析需考虑这些因素。这些因素包括:样品处理条件，吸附质气体特性，测试方法的不同等，以下分别进行详细介绍。

由于比表面积和孔隙度的测定与颗粒的外表面密切相关，且吸附法测定的关键是吸附质气体分子"有效地"吸附在被测颗粒的表面或填充在孔隙中，因此样品颗粒表面的是否"洁净"至关重要。样品处理的目的主要是让被非吸附质分子占据的表面尽可能地被释放出来，以便测试过程中有利于吸附质分子的表面吸附，一般的样品测定前都需进行预处理，处理的方法依测定的样品特性进行选择。一般情况下，大多数样品需要去除的是其表面吸附的水分子，因此高于100℃(一般取105℃-120℃)常压下的烘干即可达到此目的，这样有利于简化操作流程。对于含微孔类的或吸附特性很强的样品，常温常压下就很容易吸附杂质分子，或是在制造过程中导致其表面吸附很多其它分子，通常情况下有必要在真空条件下进行脱气处理，有时还必须在预处理过程中通入惰性保护气氛，以利于样品表面杂质的脱附。总之，样品预处理的目的是使样品表面变得洁净，以确保比表面积及孔径(孔隙度)测量结果的准确有效。

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池.

1.高能量密度，其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g(0.2C, 25°C);

2.安全性，是目前最安全的锂离子电池正极材料; 不含任何对人体有害的重金属元素;

3.寿命长。在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上; (原因:磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法:在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。)

4.记忆效应;

5.充电性能，磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。

锂离子动力电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂离子电池材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

然而，磷酸铁锂堆积密度低的缺点一直受到人们的忽视和回避，尚未得到解决，阻碍了材料的实际应用。钴酸锂的理论密度为5.1g/cm3，商品钴酸锂的振实密度一般为2.0-2.4g/cm3;而磷酸铁锂的理论密度仅为3.6g/cm3，本身就比钴酸锂要低得多。

为提高导电性，人们掺入导电碳材料，又显著降低了材料的堆积密度，使得一般掺碳磷酸铁锂的振实密度只有1.0-1.2g/cm3。如此低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积比容量比钴酸锂低很多，制成的电池体积将十分庞大，不仅毫无优势可言，而且很难应用于实际。

因此，提高磷酸铁锂的堆积密度和体积比容量对磷酸铁锂的实用化具有决定意义。粉体材料的颗粒形貌、粒径及其分布直接影响材料的堆积密度。

举例来说，Ni(OH)2 是用于镍氢电池和镍镉电池的正极材料。以前，人们采用片状的Ni(OH)2，其振实密度只有1.5-1.6g/cm3;目前采用的球形Ni(OH)2 的振实密度可达2.2-2.3g/cm3;球形Ni(OH)2 已基本上取代了片状的Ni(OH)2，显著提高了镍氢电池和镍镉电池的能量密度。

本实验室借鉴高密度球形Ni(OH)2 的研究成果，开发成功了锂离子电池高密度球形系列正极材料，包括LiCoO2 、LiMn2O4 LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 等。

其中LiCoO2、LiNi0.8Co0.2O2 的振实密度已可达到2.9g/cm3，远高于商品化的同类材料。研究和实际应用表明，球形产品不仅具有堆积密度高、体积比容量大等突出优点，而且还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，十分有利于制作正极材料浆料和电极片的涂覆，提高电极片品质;此外，相对于无规则的颗粒，规则的球形颗粒表面比较容易包覆完整、均匀、牢固的修饰层，因此球形产品更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能。

在此基础上，我们提出:球形化是锂离子电池正极材料的发展方向。目前国内外报导的LiFePO4 正极材料都是由无规则的颗粒组成的，粉体材料的堆积密度和能量密度较低。因此，本项目致力于LiFePO4 材料颗粒的球形化，通过颗粒的球形化来提高材料的堆积密度和体积比容量;在此基础上，发挥球形材料易于表面包覆的优势，进一步通过球形颗粒的表面修饰提高材料的综合性能;在对LiFePO4 材料颗粒的球形化和表面修饰的过程中，充分借鉴、吸收、利用人们在提高磷酸铁锂的电导率方面已取得的优秀成果;最终制备出球形、高堆积密度、高体积比容量、高导电性的LiFePO4 正极材料，使之能应用于中大容量、中高功率的锂离子电池，促进该材料的产业化。

目前，本研究室采用二价铁盐或三价铁盐、磷酸或磷酸盐、氨水为原料，通过控制结晶技术合成高密度球形磷酸铁前驱体，再与锂源、碳源共混热处理，通过碳热还原法合成掺碳的高密度球形磷酸铁锂。该磷酸铁锂粉体材料由单分散球形颗粒组成、粒径5-10μm、堆积密度大(振实密度可达1.6-1.8g/cm3)、流动性好、可加工性能好，可逆容量140mAh/g。

目前各国都把电池产业摆在国家发展战略的重要位置，配套资金和各种政策面 支持的力度很大，电动汽车用锂离子动力电池已成为市场和研发的热点。目前研究的主要正极材料包括锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰(NCM)。

磷酸铁锂电池是一种推广价值极高的新型锂电池，是电池产业未来发展的核心产品之一。相比其他动力电池有无可比拟的优势。目前磷酸铁锂产品正处于产业的萌芽阶段，产品未来市场巨大，作为一个新兴的、具有战略投资价值的产业，值得产业资本或风险资本去关注和投资。

其理论比容量为170 mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g(0.2C,25°C);

是目前最安全的锂离子电池正极材料; 不含任何对人体有害的重金属元素;

在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上;(原因:磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电极离子传导率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法:在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。)

磷酸铁锂电池的使用寿命与其使用温度息息相关，使用温度过低或者过高在其充放电过程及使用过程均产生极大不良隐患。尤其在中国北方电动汽车上使用，在秋冬季磷酸铁锂电池无法正常供电或供电电源过低，需调节其工作环境温度保持其性能。目前，国内解决磷酸铁锂电池恒温工作环境需考虑空间限制问题，较普遍的解决方案是使用气凝胶毡作为保温层。

磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。

具体的物理参数:

松装密度:0.7g/cm^3

振实密度:1.2g/cm63

中位径:2-6um

比表面积<30m^2/g

涂片参数:

LiFePo4:C:PVDF=90:3:7

极片压实密度:2.1-2.4g/cm^3

电化性能:

克容量>155mAh/g 测试条件:半电池，0.2C，电压4.0-2.0V

循环次数:2000次

国内国际磷酸铁锂材料生产商:

国内:烟台卓能 天津贝特瑞 天津巴莫 天津斯特兰 杭州金马能源 云南汇龙 北大先行 湖南瑞翔 铁虎能源 台湾长圆 台湾立凯 郑州朗泰 杭州赛恩斯 江西金锂科技 深圳贝特瑞等

国际:加拿大Phostech、美国Valence、美国A123、日本sony。其中A123规模最大且得到美国政府的大力支持，现已破产。