鋰離子電池電材料檢測分析方法

 對電材料的嚴格檢驗，貫穿于原材料的采購、合成制造和成品判定的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有準確的檢驗分析數據做支持，就無(wú)法得到穩定的工藝條件，無(wú)法滿(mǎn)足電材料的性能發(fā)揮。對電材料的常規化學(xué)成分和物理性能的檢測分析主要包括材料物相結構分析、成分分析、pH值檢測、粒度分布、振實(shí)密度、比表面積和電導率檢測分析等，下面詳細介紹各個(gè)分析的主要方法。

    1、材料鋰元素分析方法

    電材料中鋰含量難以通過(guò)常規的化學(xué)沉淀、顯色等簡(jiǎn)單手段測量，一般采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-AES）。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀通過(guò)將測量物質(zhì)加熱到等離子體，檢驗其特征譜的方式測量元素含量，可準確分析含量達到10-6級，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）其度可高達10-9級，分析精度非常高，并且可以同時(shí)測定多種元素的含量。對高低含量的元素要求同時(shí)測定，尤其對低含量元素要求精度高的項目，使用ICP-AES法非常方便。

    2、材料中鐵元素分析方法

    以磷酸鐵鋰為例，鐵元素含量可以采用上述的ICP-AES方法分析，也可以采用傳統的化學(xué)滴定方法進(jìn)行測定，一般采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）氧化滴定的方法進(jìn)行測量。

    （1）配制K2Cr2O7標準溶液；

    （2）配制0.5%二苯胺磺酸鈉指示劑；

    （3）配制H3PO4溶液（質(zhì)量分數約28%）；

    （4）配制H2SO4溶液（質(zhì)量分數約10.9%）；

    （5）滴定：稱(chēng)取Mg磷酸鐵鋰樣品，用H3PO4和H2SO4溶液*溶解，冷卻后加入5~6滴二苯胺磺酸鈉指示劑，搖勻后用K2Cr2O7標準溶液滴定，通過(guò)消耗的K2Cr2O7體積可計算出Fe的含量。

    3、材料中磷酸根分析方法

    同樣，磷酸鐵鋰中磷酸根含量測定也可以采用沉淀-過(guò)濾法。具體步驟為：稱(chēng)取試樣若干放于250mL燒杯中，加入適量的39.9%硝酸至*溶解，移至250mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度，充分搖勻。用移液管準確移取10mL溶液加入250mL燒杯中，加入20mL 40%左右的硝酸，并用少量蒸餾水沖洗燒杯壁，加水至100mL，并攪拌均勻。然后加入50mL喹鉬檸酮試劑，蓋上表面皿，在水浴中加熱75oC左右，保溫30s，自然冷卻至室溫，冷卻過(guò)程中攪拌3~4次，用預先恒重過(guò)的G4漏斗抽濾，并用傾析法洗滌沉淀6次，將沉淀*轉移至G4漏斗中，放入烘箱中干燥45min，冷卻后，放置干燥器中靜置30min，平行測定三次，可根據沉淀物質(zhì)量計算出磷酸根質(zhì)量。

    4、材料中碳元素分析方法

    包碳改性的磷酸鐵鋰中，碳含量的測定可采用溶解-過(guò)濾的方法進(jìn)行。具體步驟為：稱(chēng)取試樣若干放于250mL燒杯中，加入適量的39.9%硝酸，蓋上表面皿，煮沸6~7min。冷卻后用已加熱衡中的G4漏斗過(guò)濾，并用稀硝酸（pH<2）溶液洗滌沉淀物5~8次。放入烘箱中180oC保溫90min，取出在室溫冷卻5min，然后在干燥器中放置30min，稱(chēng)重。平行測定三次。

    5、材料pH值測試方法

    電材料一般需要控制其pH值，當材料的pH值較高時(shí)容易被碳酸化。以鈷酸鋰材料為例，需要按照國標GB/T 20252-2006測量pH值。

    6、材料水分測試方法

    電材料一般具有較大的比表面積，特別是與碳材料復合后的電材料，具有豐富的空隙結構，一般都會(huì )存在少量的吸附水。磷酸鐵鋰材料中如果存在大量的吸附水，在后續制漿的過(guò)程中會(huì )導致PVDF（聚偏氟乙烯）成為凝膠，嚴重影響涂布效果，一般要求磷酸鐵鋰材料中吸附水含量不大于500×10-6。測量電材料中水分含量一般有兩種方法，一是采用卡爾費休微量水分測試儀，另一種是采用直接烘干差重的測定方法，但烘干法要求材料在烘干溫度下保持穩定態(tài)。

    7、材料雜質(zhì)元素檢驗方法

    對于電材料中雜質(zhì)如：鎂、鈣、銅、鈉等元素的測定，可以配置標準溶液通過(guò)ICP-AES的方法進(jìn)行測定。如在磷酸鐵鋰材料的測量過(guò)程中，鈉含量的控制是zui重要的。一般認為，鈉含量會(huì )增加磷酸鐵鋰材料的自放電趨勢。鈉含量可以用成本較低的火焰光度計方法測量。

    8、材料振實(shí)密度測試方法

    電材料的振實(shí)密度一般采用振實(shí)密度儀進(jìn)行測定，可根據不同的物料情況自行設定振幅和時(shí)間，并進(jìn)行平行多次測量。若在沒(méi)有儀器的條件下，也可以簡(jiǎn)單的采用人工法測量，取一個(gè)干燥潔凈的10mL玻璃量筒，稱(chēng)重，取約2g樣品裝入玻璃量筒中，然后大力勻速振動(dòng)量筒5min，再小力勻速振動(dòng)10~15min至刻度不變，讀取體積，平行測定三次。

    9、材料粒度分析與檢驗方法

    電材料的粒度一般使用激光粒度儀測量。激光粒度儀的原理是：光在行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，將有一部分偏離原來(lái)的傳播方向，這種現象稱(chēng)為光的散射或衍射；顆粒尺寸越小，散射角越大，顆粒尺寸越大，散射角越小。激光粒度儀就根據光的散射現象測量顆粒的大小。由于顆粒形狀很復雜，通常用篩分粒度、沉降粒度、等效體積粒度、等效面積粒度等幾種表示方法。

    10、材料比表面積檢測方法

    比表面積是電材料的一個(gè)非常重要的參數，一般認為，比表面積決定了電材料的加工工藝。一般磷酸鐵鋰的比表面積在10~25m2/g。比表面積低時(shí)，漿料黏度低，易于流動(dòng)，涂布質(zhì)量容易控制；比表面積高時(shí)，漿料黏度大，耗費的NMP（N-甲基吡咯烷酮）多，且吸附的水分不易被烘干，同時(shí)需要的膠量也比較大。比表面積與材料合成時(shí)的工藝、碳源、燒結制度、冷卻方式都有關(guān)系。比表面積的測量方法目前大多用BET（Brunner?Emmet?Teller）吸附理論測量，這種方法計算出的數據與實(shí)際值吻合度較好，通過(guò)BET吸附理論計算得到的比表面積成為BET比表面積。

    11、材料電導率分析檢測方法

    為了改善材料的離子和電子傳導性，通常在電材料表面進(jìn)行碳包覆處理，來(lái)增加材料的電導率，減少電池內阻，提高電池的放電平臺和放電倍率性能。因此，對電材料的電導率進(jìn)行測定也是對電池設計具有重要意義的指標，通常來(lái)說(shuō)，電材料的電導率測定方法為四探針?lè )ê椭苯託W姆法。

    四探針?lè )ň褪怯冕橀g距離為1mm的四根金屬探針同時(shí)壓在被測樣品的平整面上。利用恒流源給1、4兩個(gè)探針通以小電流，然后在2、3兩個(gè)探針上用高輸入阻抗的靜電計、電位差計、電子毫伏計或數字電壓表測量電壓，根據公式計算出材料的電導率。

    直接歐姆法就是將電材料壓成密實(shí)的圓柱，測量其電阻、直徑和高度，從而計算電導率。測量一般使用專(zhuān)用的電導率測試模塊進(jìn)行，磨具的上下壓塊為導電良好的銅制成，緣環(huán)一般用緣的酚醛樹(shù)脂、塑料等制成。將樣品放入電導率測試模塊中，利用粉末壓片機進(jìn)行壓片，壓至10Mpa，測量其電阻值，再換算成電導率。