比表面积仪测试原理

在动力电池界，三元锂和磷酸铁锂是最常用的两种锂离子电池。三元锂电池因为其正极材料中的镍钴铝或镍钴锰而得名“三元”，而磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂。由于三元锂电池当中的钴元素是一种战略金属，全球的供应价格连年来一路飙升，相较之下，磷酸铁锂电池中没有钴这种价格昂贵的金属，更加便宜。因此，更多的造车企业采用磷酸铁锂电池来降低生产成本，抢占市场份额。在过去的2021年，磷酸铁锂凭借高性价比优势成为市场选择的宠儿，主流材料生产企业大多实现扭亏为盈，而下游动力方面需求的强劲支撑也使其在年末阶段面对高价的碳酸锂原料依然积极扫货。2022年1月国内磷酸铁锂产量为5.91万吨，同比增长158.9%，环比小幅提升3.3%。2021年1-12月国内动力电池装机量达到154.5Gwh，同比增长142.8%，其中磷酸铁锂电池在7月实现对三元电池产量与装机量的双重超越后，领先优势不断扩大，1-12月累计装机量达到79.8Gwh，占比51.7%，同比增幅达到227.4%，其中宁德时代、比亚迪和国轩高科分列磷酸铁锂电池装机前三甲，CR3集中度超过85%。从生产企业来看，德方纳米凭借稳定的客户渠道和产能优势，全年产量继续领跑；国轩高科在储能和自行车领域开疆拓土，自产铁锂需求稳健，紧随其后；湖南裕能、贝特瑞、湖北万润是市场供应的坚实后盾。考虑到未来全球动力电池与储能电池需求，预计2025年全球磷酸铁锂正极材料需求约为98万吨，对应市场规模约为280亿元。伴随着宁德时代年产8万吨磷酸铁锂投资项目签署，磷酸铁锂新一轮周期即将来临。大规模的量产也必将刺激比表面积分析仪的市场需求。众所周知，比表面积分析仪在锂离子电池行业有着广泛的应用需求，主要应用于正极材料、三元前驱体材料、负极材料、隔膜涂覆用氧化铝等材料的比表面积测试。比表面积过大的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变，小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多，而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量，使电池的充放电容量有所降低。另外比表面积过大，单位重量总表面积就会很大，需要的包覆材料越多，导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降。如果能准确的对各种原材料进行比表面积测试，在一定程度上有助于研判后续产品的性能。磷酸铁锂作为动力电池的正极材料，其比表面积与电池的性能密切相关。通常情况下，磷酸铁锂的比表面积与碳含量呈线性关系。生产中有比表面积测试仪进行测试。比表面积太小，说明材料的碳包覆量不够，直接体现是电池内阻偏高、循环性能不好。比表面积过大，说明材料的碳包覆量过高，直接的体现是材料的电化学性能极好，但易团聚、极片加工困难，且涂布不均匀等。行业标准《YS/T1027-2015磷酸铁锂》明确规定了磷酸铁锂比表面积测试方法及流程。快速高效、精确规范的测试离不开性能优良的测试仪器，JW-DX系列快速比表面积测试仪，测试方法及数据符合《YS/T 1027-2015磷酸铁锂》的要求。JW-DX比表面积测试仪采用专利号为20140320453.2的吸附法专利测试，完全避免了常温下样品脱附不完全带来的测试误差，非常适合粉体生产厂家的在线快速测定。测试范围：比表面测试范围：0.0001m2/g，重复精度：±1%产品特性：1、测试速度快，5分钟测试一个样品；2、吸附峰的峰形尖锐，灵敏度大幅提高；3、独立4个分析站，实现了多样品的无干扰、无差异测试；4、外置式4站真空脱气机，避免污染测试单元。

◆贝士德取得具有吹风加热功能的比表面仪专利 专利名称：具有吹风加热功能的比表面仪 专利号： ZL200920110451.5 2010年，国家知识产权局授权贝士德仪器科技（北京）有限公司研发成果&lsquo 具有吹风加热功能的比表面仪&rsquo 专利。贝士德仪器科技(北京)有限公司此专利产品是一种具有吹风加热功能的比表面仪。该比表面仪通过在仪器主机中增加吹风加热装置，可使样品管快速升温，从而降低背景噪声影响，提高后续测试的精度和分辨率。该专利的获得，使贝士德公司的比表面仪突破了普通比表面仪升温较慢、噪声过高从而造成结果不精确的瓶颈，其精度、分辨率均能达到国内领先水平。 比表面仪包括：仪器主机，仪器主机内主要设有电路和气路两部分，电路部分包括电源供电电路、液氮杯升降控制电路、传感器和信号检测采集电路；气路部分包括气源、连接气源与仪器主机的连接管路、气路流量检测显示装置和检测器，仪器主机内设有多个样品管，多个样品管并联设置在气路中，样品管的出气端经管路与检测器连接。 此款比表面仪最大的特点在于，该比表面仪携有吹风加热装置，吹风加热装置的出风端与各样品管相对应，吹风加热装置的控制端分别与所述仪器主机内电路电气连接，从而实现程控风热助脱功能，保证得到尖锐快速的脱附峰，减少背景误差。误差的降低及人性化的完成声音提示，使得贝士德仪器科技(北京)有限公司的此款具有吹风加热功能的比表面仪在同行业中处于领先地位。 当样品在液氮温度-195.8℃下吸附饱和后要升温脱附时，需要使温度迅速升高，使吸附在粉体表面的氮气迅速脱附出来进入检测器，在之前的半自动化仪器中通常使用人为将液氮杯更换为水杯，利用水大比热的特性使样品温度迅速升高到常温，但在全自动化仪器中，如果放弃辅助加热脱附,进行自然升温脱附,由于玻璃的导热系数很低，升温缓慢，将使脱附峰矮而宽,降低灵敏度和分辨率，使背景噪声影响增大，损失测试精度。 比表面积是单位质量物质的表面积（㎡/g），它是超细粉体材料，特别是纳米粉体材料最重要的物性之一，是用于评价他们的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。因此在各种超细粉体材料的研究、制造和应用过程中，测定其比表面积是十分重要的。随着超细粉体材料和纳米材料的迅猛发展，生产和应用各种超微氧化锌、氧化铝、碳酸钙、钴酸锂、锰酸锂、碳黑、石墨等几乎所有粉体材料的领域都需测定产品的比表面积，测定比表面积的仪器已成为许多研究单位、大专院校和工厂不可缺少的重要设备。贝士德仪器科技(北京)有限公司是国内早期专业从事全自动氮吸附比表面积测试仪的研发、生产、销售、维修、技术支持、培训及售后服务的厂家，是北京中关村科技园认定的高新技术企业。 产品同质化已经成为市场竞争的一大壁垒，突破同质化，就意味着走向成功。贝士德公司此款专利的诞生，表明贝士德走出了一条科技创新的道路。独树一帜，研发创新，是贝士德公司长期领先国内外市场的根本保证。能够为广大客户提供更优质的服务，是贝士德公司全体员工工作的根本出发点。严谨为科技，诚心为客户，是贝士德公司最终的奋斗目标。在增强自身产品科技含量的同时，也为以后能够更好的服务广大使用客户做出了硬件上方面的准备。 ◆贝士德取得气体净化冷阱及比表面仪专利 2010年，国家知识产权局授权柳剑锋研发成果&lsquo 气体净化冷阱及比表面仪&rsquo 专利，专利号为ZL200920110450.0。贝士德仪器科技(北京)有限公司此专利产品是一种气体净化冷阱及比表面仪。 该产品为一种气体净化冷阱及比表面仪，属于气体净化装置领域。该气体净化冷阱包括：冷凝管和液氮杯；所述液氮杯内盛有液氮，所述冷凝管的管体设置在液氮杯的液氮内，冷凝管的一端为进气口，冷凝管的另一端为出气口。该比表面仪包括：控制电路和气路，该比表面仪还包括气体净化冷阱；所述气体净化冷阱，串联设置在该比表面仪样品管前的进气气路中。通过将具有进气口和出气口的冷凝管设置在液氮杯中，形成气体净化冷阱。该气体净化冷阱用在比表面仪中时，串联设置在比表面仪中气体进入样品管的气路中，使通过该冷凝管的气体中的杂质冷凝，从而最大限定的净化进入样品管被测试的气体。 该专利的优点是具有国内唯一的气体净化冷阱功能,使气体纯度提高10倍以上。比表面测试所使用的高纯氮气和高纯氦气纯度一般为99.99%到99.999%，其中0.001%-0.01%的杂质气体(主要为水分等高沸点易吸附气体)在低温吸附时会首先被吸附,从而对吸附氮气量造成影响；如30ml/min的流速中120min内停留在粉末表面的水的量为 0.14ml（标况下的体积），而对于500mg比表面积为1m2/g的材料，在其表面形成水的单分子层吸附所需要的水蒸汽的量为：0.069? ml（标况），与实际停留在粉末表面的水量相当，材料表面已经被水分饱和；如不处理，测试结果将不可能准确。 同时，专利已经形成产业化生产，并最终成为国内著名的比表面仪品牌,H-2000系列全自动氮吸附比表面积测试仪的诞生，意味着我国粉体比表面仪的发展突破了质的飞跃，并标志着我国粉体比表面测试方面达到国际水平。 随着超细粉体材料和纳米材料的迅猛发展，生产和应用各种超微氧化锌、氧化铝、碳酸钙、钴酸锂、锰酸锂、碳黑、石墨等几乎所有粉体材料的领域都需测定产品的比表面积，测定比表面积的仪器已成为许多研究单位、大专院校和工厂不可缺少的重要设备。贝士德仪器科技(北京)有限公司是国内早期专业从事全自动氮吸附比表面积测试仪的研发、生产、销售、维修、技术支持、培训及售后服务的厂家，是北京中关村科技园认定的高新技术企业。 产品同质化已经成为市场竞争的一大壁垒，突破同质化，就意味着走向成功。贝士德公司此款专利的诞生，表明贝士德走出了一条科技创新的道路。独树一帜，研发创新，是贝士德公司长期领先国内外市场的根本保证。能够为广大客户提供更优质的服务，是贝士德公司全体员工工作的根本出发点。严谨为科技，诚心为客户，是贝士德公司最终的奋斗目标。在增强自身产品科技含量的同时，也为以后能够更好的服务广大使用客户做出了硬件上方面的准备。 ◆ 贝士德取得具有原位吹扫功能的比表面仪专利 2010年，国家知识产权局授权柳剑锋研发成果&lsquo 具有原位吹扫功能的比表面仪&rsquo 专利，专利号为:ZL200920110453.4。贝士德仪器科技(北京)有限公司此专利产品是一种具有原位吹扫功能的比表面仪。 贝士德公司此款专利是一种具有原位吹扫功能的比表面仪。比表面仪包括：仪器主机，仪器主机内设有电路和气路两部分，电路部分包括电源供电电路、液氮杯升降控制电路、传感器和信号检测采集电路；气路部分包括气源、连接气源与仪器主机的连接管路、气路流量检测显示装置和检测器，仪器主机内设有多个样品管，多个样品管并联设置在气路中，样品管的出气端经管路与检测器连接；其特征在于，该比表面仪还包括原位吹扫装置，所述原位吹扫装置为多个吹扫炉，各吹扫炉均设置在仪器主机内，分别设置在各样品管下面，吹扫炉的电热控制端与所述仪器主机内电路电气连接。 该专利具有国内唯一的一体式原位加热吹扫装置；并具有吹扫程序定时功能。仪器在国内唯一具有一体式吹扫装置（非分体式），解决了脱气、测试一体化问题，实现了试样原位处理，只需一次安装，与空气零接触，保证了样品预处理的高效性与有效性。应用该专利的3H-2000系列仪器具有的一体化吹扫处理系统相对分体吹扫炉具有两个优势：一是操作方便，只需一次安装；二是处理效果更好，避免了拆装样品管时样品再次与空气接触。通过原位吹扫装置，实现不用将样品管移出比表面仪的仪器主机，即可进行原位吹扫，操作更简洁。3H-2000系列全自动氮吸附比表面积测试仪的诞生，意味着我国粉体比表面仪的发展突破了质的飞跃，并标志着我国粉体比表面测试方面达到国际水平。 比表面积是单位质量物质的表面积（㎡/g），它是超细粉体材料，特别是纳米粉体材料最重要的物性之一，是用于评价他们的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。因此在各种超细粉体材料的研究、制造和应用过程中，测定其比表面积是十分重要的。随着超细粉体材料和纳米材料的迅猛发展，生产和应用各种超微氧化锌、氧化铝、碳酸钙、钴酸锂、锰酸锂、碳黑、石墨等几乎所有粉体材料的领域都需测定产品的比表面积，测定比表面积的仪器已成为许多研究单位、大专院校和工厂不可缺少的重要设备。 贝士德仪器科技(北京)有限公司是国内早期专业从事全自动氮吸附比表面积测试仪的研发、生产、销售、维修、技术支持、培训及售后服务的厂家，是北京中关村科技园认定的高新技术企业。 产品同质化已经成为市场竞争的一大壁垒，突破同质化，就意味着走向成功。贝士德公司此款专利的诞生，表明贝士德走出了一条科技创新的道路。独树一帜，研发创新，是贝士德公司长期领先国内外市场的根本保证。能够为广大客户提供更优质的服务，是贝士德公司全体员工工作的根本出发点。严谨为科技，诚心为客户，是贝士德公司最终的奋斗目标。在增强自身产品科技含量的同时，也为以后能够更好的服务广大使用客户做出了硬件上方面的准备。 ◆ 贝士德取得氮气浓度检测器专利 2010年，国家知识产权局授权柳剑锋研发成果&lsquo 氮气浓度检测器&rsquo 专利，专利号为:ZL200920110455.3。 贝士德仪器科技(北京)有限公司该专利为一种氮气浓度检测器。该检测器包括：参比池、测量池和四个热敏电阻；四个热敏电阻连接形成电桥电路，形成的电桥电路中两个相对设置的热敏电阻设置在参比池内，电桥电路中另外两个相对设置的热敏电阻设置在测量池内，电桥电路的两个电极作为输入测量电压的输入电极，另外两个电极作为输出电信号的输出电极。该检测器在检测氮气浓度时，使作为基准参比的氮气浓度为零的基准载气通过参比池，使被检测的载气与氮气的混合气体通过测量池，根据输出电信号值的变化，即可确定被检测混合气体中的氮气浓度。 该专利的优点是具有国内唯一的氮气分压色谱法检测系统，检测精度唯一达到0.01%。BET多点法测试中，按BET理论要求氮气浓度需要从5%调整到30%，氮气浓度检测是BET法比表面积测试结果准确度的关键环节。在氮气浓度测试方面，目前国内同类仪器采用分别测量氮气和载气流量的方式来求氮气浓度。所采用的进口霍林威尔流量传感器的标称极限精度是0.1-0.5ml/min，对于5ml/min的氮气流速的测试最高精度只能达到2%。而采用该专利色谱浓度传感器热导池直接测试氮气浓度，精度可达到0.01%，且不受流速影响氮气浓度检测器精度之高，在国内同行当中处于领先地位。同时，专利已经形成产业化生产，并最终成为国内著名的比表面仪品牌&mdash &mdash 3H-2000系列全自动氮吸附比表面积测试仪。专利的发明及仪器的诞生，意味着我国粉体比表面仪的发展突破了质的飞跃，并标志着我国粉体比表面测试方面达到国际水平。 比表面积是单位质量物质的表面积（㎡/g），它是超细粉体材料，特别是纳米粉体材料最重要的物性之一，是用于评价他们的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。因此在各种超细粉体材料的研究、制造和应用过程中，测定其比表面积是十分重要的。随着超细粉体材料和纳米材料的迅猛发展，生产和应用各种超微氧化锌、氧化铝、碳酸钙、钴酸锂、锰酸锂、碳黑、石墨等几乎所有粉体材料的领域都需测定产品的比表面积，测定比表面积的仪器已成为许多研究单位、大专院校和工厂不可缺少的重要设备。 贝士德仪器科技(北京)有限公司是国内早期专业从事全自动氮吸附比表面积测试仪的研发、生产、销售、维修、技术支持、培训及售后服务的厂家，是北京中关村科技园认定的高新技术企业。 产品同质化已经成为市场竞争的一大壁垒，突破同质化，就意味着走向成功。贝士德公司此款专利的诞生，表明贝士德走出了一条科技创新的道路。独树一帜，研发创新，是贝士德公司长期领先国内外市场的根本保证。能够为广大客户提供更优质的服务，是贝士德公司全体员工工作的根本出发点。严谨为科技，诚心为客户，是贝士德公司最终的奋斗目标。专利的发明，在增强自身产品科技含量的同时，也为以后更好的服务广大使用客户做出了硬件上方面的准备。 ◆ 贝士德取得比表面仪U型样品管专利 2010年，国家知识产权局授权柳剑锋研发成果&lsquo 比表面仪U型样品管&rsquo 专利，专利号为ZL200920110452.X。 贝士德仪器科技(北京)有限公司研发的&lsquo 比表面仪U型样品管&rsquo 属于比表面仪用的样品管。该样品管为U形管，U形管的一端为进气口，另一端为出气口，U形管一端管体的管径大于另一端管体的管径。该U型样品管通过U形管两端的管体的管径不一径，一端管体的管径大于另一端管体的管径，形成由粗到细的U形管。 该专利最大的创新点在于，贝士德公司的&lsquo 比表面仪U型样品管&rsquo 保证测试精度的同时，使得样品管装样方便并不局限于粉末样品测试。色谱法比表面测试用的样品管在国内同行业中面临着这样一个矛盾：色谱法要求管路的内径尽量的细，以减少紊流效应；但过细的样品管使得在实际应用中装样和清洗很不方便；&lsquo 比表面仪U型样品管&rsquo 巧妙的使用大进小出的样品管形式，大口径端使填装样品和清洗都很方便，小口径出气可以不增加紊流效应。 目前，该专利已经形成产业化生产，并最终成为国内著名的比表面仪品牌&mdash &mdash 3H-2000系列全自动氮吸附比表面积测试仪。国内目前只有3H-2000系列仪器使用&lsquo 比表面仪U型样品管&rsquo 。也意味着我国粉体比表面仪的发展突破了质的飞跃，并标志着我国粉体比表面测试方面达到国际水平。 比表面积是单位质量物质的表面积（㎡/g），它是超细粉体材料，特别是纳米粉体材料最重要的物性之一，是用于评价他们的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。因此在各种超细粉体材料的研究、制造和应用过程中，测定其比表面积是十分重要的。随着超细粉体材料和纳米材料的迅猛发展，生产和应用各种超微氧化锌、氧化铝、碳酸钙、钴酸锂、锰酸锂、碳黑、石墨等几乎所有粉体材料的领域都需测定产品的比表面积，测定比表面积的仪器已成为许多研究单位、大专院校和工厂不可缺少的重要设备。 贝士德仪器科技(北京)有限公司是国内早期专业从事全自动氮吸附比表面积测试仪的研发、生产、销售、维修、技术支持、培训及售后服务的厂家，是北京中关村科技园认定的高新技术企业。 此款专利的诞生，解决了&ldquo 小量进，大量出&rdquo 的矛盾，U形管的出现，使身为3H-2000系列仪器打破了业内同质化竞争的局面。独树一帜，研发创新，是贝士德公司长期领先国内外市场的根本保证。能够为广大客户提供更优质的服务，是贝士德公司全体员工工作的根本出发点。严谨为科技，诚心为客户，始终是贝士德公司最终的奋斗目标。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 对于小比表面积样品，如电池材料、有机材料、生物材料、金属粉体、磨料等空隙度微小的材料，由于吸附量微小，静态法测试的结果较含有风热助脱装置和检测器恒温装置的高精度动态法仪器误差大。对静态法为什么在小比表面样品测试方面精度难以保证，原因如下： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 以比表面积1m2/g的样品为例，该样品0.5g对氮气的吸附量在BET分压范围内在标况下约0.1ml，在测试过程中的吸附环境液氮温度下的体积约0.03ml；样品管装样部分的剩余体积（也就是背景体积）约在3-5ml左右，要在3-5ml的样品管体积中准确定量出0.03ml的总吸附量且保证精度达到3%以内，可以算出要求压力传感器的精度要达到0.03%以上；但目前进口最好的压力传感器的精度只有0.1%，而且通常比表面及孔径分析仪用的压力传感器精度为0.15%，也就是说目前最高精度的压力传感器，即使温度场理想测定，液氮面理想恒定，环境温度理想准确条件下，对吸附量确定量的不确定度也只能达到0.003ml，即不确定度达到10%；若对于比表面再小或堆积密度小也就是装样量也难以很大的样品，其准确度就可想而知了。 但对于中大比表面样品，一般吸附量不会那么微小，静态法的精度很容易保证在2%甚至1%以内便不是问题； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 所以在小比表面样品的测试方面，静态法只能通过增加装样量来降低误差，常见的是静态一般都会为小比表面积样品配备大容量样品管，但由于背景体积（吸附腔体积）也随之增大，所以准确度提高也是有限的；而有些厂家宣称静态法小比表面测试下限可以达到0.0001m2/g，是不负责任的； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 对具有风热助脱、检测器恒温、低温冷阱的高精度动态法仪器，其相对不具有该装置的标准动态法比表面仪，其精度得到明显提高；动态法比表面仪，与其它分析仪器类似，其精度和灵敏度& nbsp 大小主要取决于信噪比；也就是要提高精度和灵敏度，就需要从提高信号强度、抑制背景噪声、消除外界干扰三方面来控制。增加信号强度的方法一般有增加称样量、增加检测器电流，但增加& nbsp 检测器电流一般噪声也会同时增大，所以检测器电流会有个最佳范围；所以在抑制噪声、消除外界干扰方面可做的工作就比较多了；其源于仪器自身的误差来源主要有：检测器温漂，信号锐度& nbsp ；以检测器恒温装置来抑制温漂，风热助脱装置可以提高信号锐度，其对于比表面1m2/g的样品0.5g对氮气的吸附量在分压0.2左右时脱附峰面积与背景可以保证在2%以内的误差； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 所以对于小比表面样品，对具有风热助脱、检测器恒温、低温冷阱的动态法仪器，其灵敏度和分辨率的优势就体现出来了；但对中大比表面样品，由于信号强，普通动态法比表面积仪和静态& nbsp 法比表面积仪都可以保证精度；这点就像万分之一分析天平和千分之一天平的区别； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 但绝大多数含有微孔、介孔等空隙的材料，比表面不会很小；要是很小比表面的材料，其空隙度的研究价值就有限了； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 综上: /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 一、对于小比表面样品（10m2/g以下）优先选择采具有风热助脱及检测器恒温装置的用动态色谱法比表面仪器，利用其分辨率、灵敏度高的优势； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 二、对于中大比表面样品，若只测试比表面积，动态法和静态法没有明显的优劣势，动态法由于具有固体标样参比法，具有快速测定比表面的优势，静态法具有BET多点法较省时液氮消耗 小的优势； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 三、需要测比表面及孔径分布的样品，建议采用静态容量法的比表面及孔径分析仪。 /p