鋰離子電池電材料檢測分析方法

 對電材料的嚴(yan) 格檢驗，貫穿於(yu) 原材料的采購、合成製造和成品判定的整個(ge) 生產(chan) 過程中。可以說，沒有準確的檢驗分析數據做支持，就無法得到穩定的工藝條件，無法滿足電材料的性能發揮。對電材料的常規化學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、振實密度、比表麵積和電導率檢測分析等，下麵詳細介紹各個(ge) 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常規的化學沉澱、顯色等簡單手段測量，一般采用電感耦合等離子發射光譜法（ICP-AES）。電感耦合等離子體(ti) 發射光譜儀(yi) 通過將測量物質加熱到等離子體(ti) ，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(ti) 質譜（ICP-MS）其度可高達10-9級，分析精度非常高，並且可以同時測定多種元素的含量。對高低含量的元素要求同時測定，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(wei) 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(chuan) 統的化學滴定方法進行測定，一般采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）氧化滴定的方法進行測量。

    （1）配製K2Cr2O7標準溶液；

    （2）配製0.5%二苯胺磺酸鈉指示劑；

    （3）配製H3PO4溶液（質量分數約28%）；

    （4）配製H2SO4溶液（質量分數約10.9%）；

    （5）滴定：稱取Mg磷酸鐵鋰樣品，用H3PO4和H2SO4溶液*溶解，冷卻後加入5~6滴二苯胺磺酸鈉指示劑，搖勻後用K2Cr2O7標準溶液滴定，通過消耗的K2Cr2O7體(ti) 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澱-過濾法。具體(ti) 步驟為(wei) ：稱取試樣若幹放於(yu) 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，並用少量蒸餾水衝(chong) 洗燒杯壁，加水至100mL，並攪拌均勻。然後加入50mL喹鉬檸酮試劑，蓋上表麵皿，在水浴中加熱75oC左右，保溫30s，自然冷卻至室溫，冷卻過程中攪拌3~4次，用預先恒重過的G4漏鬥抽濾，並用傾(qing) 析法洗滌沉澱6次，將沉澱*轉移至G4漏鬥中，放入烘箱中幹燥45min，冷卻後，放置幹燥器中靜置30min，平行測定三次，可根據沉澱物質量計算出磷酸根質量。

    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-過濾的方法進行。具體(ti) 步驟為(wei) ：稱取試樣若幹放於(yu) 250mL燒杯中，加入適量的39.9%硝酸，蓋上表麵皿，煮沸6~7min。冷卻後用已加熱衡中的G4漏鬥過濾，並用稀硝酸（pH<2）溶液洗滌沉澱物5~8次。放入烘箱中180oC保溫90min，取出在室溫冷卻5min，然後在幹燥器中放置30min，稱重。平行測定三次。

    5、材料pH值測試方法

    電材料一般需要控製其pH值，當材料的pH值較高時容易被碳酸化。以鈷酸鋰材料為(wei) 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麵積，特別是與(yu) 碳材料複合後的電材料，具有豐(feng) 富的空隙結構，一般都會(hui) 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，在後續製漿的過程中會(hui) 導致PVDF（聚偏氟乙烯）成為(wei) 凝膠，嚴(yan) 重影響塗布效果，一般要求磷酸鐵鋰材料中吸附水含量不大於(yu) 500×10-6。測量電材料中水分含量一般有兩(liang) 種方法，一是采用卡爾費休微量水分測試儀(yi) ，另一種是采用直接烘幹差重的測定方法，但烘幹法要求材料在烘幹溫度下保持穩定態。

    7、材料雜質元素檢驗方法

    對於(yu) 電材料中雜質如：鎂、鈣、銅、鈉等元素的測定，可以配置標準溶液通過ICP-AES的方法進行測定。如在磷酸鐵鋰材料的測量過程中，鈉含量的控製是zui重要的。一般認為(wei) ，鈉含量會(hui) 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、材料振實密度測試方法

    電材料的振實密度一般采用振實密度儀(yi) 進行測定，可根據不同的物料情況自行設定振幅和時間，並進行平行多次測量。若在沒有儀(yi) 器的條件下，也可以簡單的采用人工法測量，取一個(ge) 幹燥潔淨的10mL玻璃量筒，稱重，取約2g樣品裝入玻璃量筒中，然後大力勻速振動量筒5min，再小力勻速振動10~15min至刻度不變，讀取體(ti) 積，平行測定三次。

    9、材料粒度分析與(yu) 檢驗方法

    電材料的粒度一般使用激光粒度儀(yi) 測量。激光粒度儀(yi) 的原理是：光在行進過程中遇到障礙物時，將有一部分偏離原來的傳(chuan) 播方向，這種現象稱為(wei) 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(yi) 就根據光的散射現象測量顆粒的大小。由於(yu) 顆粒形狀很複雜，通常用篩分粒度、沉降粒度、等效體(ti) 積粒度、等效麵積粒度等幾種表示方法。

    10、材料比表麵積檢測方法

    比表麵積是電材料的一個(ge) 非常重要的參數，一般認為(wei) ，比表麵積決(jue) 定了電材料的加工工藝。一般磷酸鐵鋰的比表麵積在10~25m2/g。比表麵積低時，漿料黏度低，易於(yu) 流動，塗布質量容易控製；比表麵積高時，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幹，同時需要的膠量也比較大。比表麵積與(yu) 材料合成時的工藝、碳源、燒結製度、冷卻方式都有關(guan) 係。比表麵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(yu) 實際值吻合度較好，通過BET吸附理論計算得到的比表麵積成為(wei) BET比表麵積。

    11、材料電導率分析檢測方法

    為(wei) 了改善材料的離子和電子傳(chuan) 導性，通常在電材料表麵進行碳包覆處理，來增加材料的電導率，減少電池內(nei) 阻，提高電池的放電平台和放電倍率性能。因此，對電材料的電導率進行測定也是對電池設計具有重要意義(yi) 的指標，通常來說，電材料的電導率測定方法為(wei) 四探針法和直接歐姆法。

    四探針法就是用針間距離為(wei) 1mm的四根金屬探針同時壓在被測樣品的平整麵上。利用恒流源給1、4兩(liang) 個(ge) 探針通以小電流，然後在2、3兩(liang) 個(ge) 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的圓柱，測量其電阻、直徑和高度，從(cong) 而計算電導率。測量一般使用專(zhuan) 用的電導率測試模塊進行，磨具的上下壓塊為(wei) 導電良好的銅製成，緣環一般用緣的酚醛樹脂、塑料等製成。將樣品放入電導率測試模塊中，利用粉末壓片機進行壓片，壓至10Mpa，測量其電阻值，再換算成電導率。