負(fù)極材料克容量等測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)

2023-01-05 來源：鋰電前沿

一、負(fù)極石墨水分的測(cè)試方法
1 方法提要
待測(cè)樣品在高溫中烘烤減輕的重量即是失去水分的重量，所減輕的重量與待測(cè)樣品烘烤前的重量的比值即是待測(cè)樣品水分的重量。
2 儀器與試劑
儀器：水分測(cè)定儀、藥匙
3 分析步驟
3.1開機(jī)準(zhǔn)備：將儀器放在溫度穩(wěn)定、平穩(wěn)、氣體對(duì)流不大的地方，調(diào)節(jié)水平腳，使儀器的水平指示器處于中央位置。
3.2 開機(jī)：接上電源，放置樣品盤，使用前預(yù)熱30min。
3.3運(yùn)行：取待測(cè)樣品12g左右于水分測(cè)定儀中，在130℃下烘烤15min，樣品的水分含量顯示值在不斷變化。水分測(cè)量結(jié)束后，儀器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加熱單元，蜂鳴器發(fā)出響聲，提示操作者水分測(cè)量已完成，記錄數(shù)據(jù)。
3.4關(guān)機(jī)：待測(cè)定完樣品后，按下開關(guān)鍵，拔下電源。
4 計(jì)算
儀器自動(dòng)生成水分百分含量結(jié)果
5 注意事項(xiàng)：
5.1測(cè)試完后，樣品盤和樣品溫度很高，應(yīng)冷卻后取出。
5.2本儀器有兩個(gè)保險(xiǎn)絲，當(dāng)儀器接通電源后，按“開關(guān)”鍵無顯示，控制電路保險(xiǎn)絲可能燒毀，若按“啟動(dòng)”鍵加熱單元不工作，則可能加熱單元保險(xiǎn)絲燒毀。
5.3在測(cè)定水分過程中，一定要避免振動(dòng)，加熱筒下端缺口不能迎風(fēng)擺放。
5.4每次測(cè)定間隔時(shí)間必須大于5分鐘。
5.5在測(cè)定水分過程中，不能用手去觸摸加熱筒，嚴(yán)禁敲擊或直接振動(dòng)工作臺(tái)面。
5.6 每隔1個(gè)月應(yīng)對(duì)水分測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
5.7 加熱時(shí)減輕的重量除了水分含量外應(yīng)還有其他揮發(fā)性物質(zhì)含量，但其含量較低，可近似認(rèn)為是水分含量。
二、負(fù)極石墨振實(shí)密度的測(cè)試方法
1 方法提要
裝在鋼筒里的石墨在振實(shí)密度測(cè)試儀中振動(dòng)10min，通過其下降深度計(jì)算出振動(dòng)后的體積，再用石墨的重量除以其振動(dòng)后的體積得出振實(shí)密度。
2 儀器
儀器：粉體振實(shí)密度儀、鋼筒（帶鋼帽）、藥匙、深度游標(biāo)卡尺、壓平器
粉體振實(shí)密度儀：我司所用型號(hào)為JZ-1型粉體振實(shí)密度儀（深圳三溶儀器產(chǎn)）。
鋼筒：內(nèi)徑為16.7mm和16.8mm、深度80mm
3 分析步驟
3.1將干燥的鋼筒用分析天平稱量，記錄其重量m
3.2將石墨裝滿于鋼筒中，用分析天平稱量，記錄重量為M
3.3將裝滿來料的鋼筒蓋上鋼帽，放在粉體振實(shí)密度儀中振動(dòng)10min
3.4取出鋼筒并將筒蓋打開，將壓平器輕放入鋼筒中壓平粉體，旋轉(zhuǎn)壓平器90°
3.5用深度游標(biāo)卡尺測(cè)量石墨下降深度l（游標(biāo)卡尺讀數(shù)加上壓平器高度）
3.6測(cè)試完成清潔儀器
4 計(jì)算：
振實(shí)密度=（M-m）/(L-l)*πR2
式中：
L：鋼筒深度
R為鋼筒的內(nèi)徑
注：該計(jì)算由與振實(shí)密度儀匹配的分析軟件計(jì)算，直接輸入數(shù)據(jù)即可
5 注意事項(xiàng)：
5.1儀器電源接地必須良好，以確保安全
5.2測(cè)試前必須保證鋼筒的干燥
5.3更換筒內(nèi)粉體，只能用藥匙將粉刮出來,不能碰撞，避免粉筒變形
5.4振動(dòng)后，使用壓平器壓平時(shí)，將壓平器旋轉(zhuǎn)90°后再測(cè)其深度，且在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中不應(yīng)往下壓5.5保持儀器清潔，盡量避免將粉裝入儀器運(yùn)動(dòng)部位
三、負(fù)極石墨中鐵含量的測(cè)定方法
1 方法提要
待測(cè)樣品在（1+1）HCl溶液加熱的條件下溶解，再用原子吸收分光光度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)出待測(cè)樣品中鐵含量的濃度。
2 儀器與試劑
儀器：原子吸收光譜儀、分析天平、電爐、250mL容量瓶、100mL容量瓶、燒杯、玻璃棒、漏斗
試劑：AR（1+1）鹽酸
3分析步驟
3.1作業(yè)前的準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好Fe的標(biāo)樣，0ppm，0.5 ppm， 1ppm，1.5ppm的標(biāo)準(zhǔn)溶液。
3.2樣品的準(zhǔn)備：在分析天平中稱取約5g石墨于150mL的燒杯中，加入80mL（1+1）的HCl，在加熱板上加熱大概30分鐘；將加熱后的樣品冷卻過濾，定容到100mL容量瓶中，用原子吸收光譜儀測(cè)鐵含量。
3.3儀器的準(zhǔn)備：打開計(jì)算機(jī)→打開儀器→進(jìn)入工作軟件→系統(tǒng)復(fù)位（每次開機(jī)復(fù)位一次）→復(fù)位完成后點(diǎn)確定→元素選擇→條件設(shè)置→波長定位→自動(dòng)能量到100%左右。
3.4氣體的準(zhǔn)備：打開空氣閥門，調(diào)節(jié)輸出壓力0.2～0.3MPa，再打開乙炔閥，調(diào)節(jié)壓力為0.05～0.1MPa，按下主機(jī)乙炔開關(guān)，調(diào)節(jié)乙炔開關(guān)使乙炔流量到刻度線，立即點(diǎn)火。
3.5檢測(cè)：檢測(cè)順序?yàn)闃?biāo)樣空白→標(biāo)樣→樣品空白→樣品檢測(cè)。
4 計(jì)算：



C：原子吸收光譜儀算出來的濃度，單位μg/mL。
M：稱取的樣品的質(zhì)量，單位：g。
5 注意事項(xiàng)
5.1使用前檢查氣路管連接是否完好，乙炔鋼瓶壓力是否達(dá)到要求。當(dāng)總壓力降至0.4MPa時(shí)，應(yīng)禁止使用，否則會(huì)使丙酮溢出，影響分析結(jié)果和乙炔鋼瓶正常使用。
5.2點(diǎn)火前首先檢查廢液管的密封環(huán)是否有水，若無水應(yīng)注水否則容易造成回火。
5.3每次測(cè)試完畢后，應(yīng)在點(diǎn)火狀態(tài)下吸蒸餾水5分鐘，以清除原子化器中的殘留酸，并在關(guān)機(jī)后用濾紙擦凈燃燒頭。
5.4每測(cè)完一個(gè)樣品都要對(duì)吸管進(jìn)行清洗。
四、負(fù)極石墨粒度的測(cè)試方法
1 方法提要
光在傳播中，波源受到與波長尺度相當(dāng)?shù)南犊谆蝾w粒的限制，以受限波源處各元波為源的發(fā)射在空間干涉而產(chǎn)生衍射和散射，衍射和散射的光能的空間（角度）分布與光波波長和隙孔或顆粒的尺度有關(guān)。用激光做光源，光為波長一定的單色光，衍射和散射的光能的空間（角度）分布就只與粒徑有關(guān)。對(duì)顆粒群的衍射，各顆粒級(jí)的多少?zèng)Q定著對(duì)應(yīng)各特定角處獲得的光能量的大小，各特定角光能量在總光能量中的比例，應(yīng)反映著各顆粒級(jí)的分布豐度。
2儀器與試劑
儀器：激光粒度分析儀、超聲波清洗機(jī)、玻璃棒、燒杯
試劑：丙三醇溶液
3 分析步驟
①作業(yè)前的準(zhǔn)備：檢查儀器電源，水源是否連接好。打開主機(jī)電源（預(yù)熱30分鐘），再依次打開計(jì)算機(jī)進(jìn)入儀器操作界面，打開水源。
②配置分散劑：往150mL燒杯中加入幾滴丙三醇，以水稀釋至50mL，混勻。
③樣品的準(zhǔn)備：往燒杯中加入適量樣品，加少量水潤濕，滴入幾滴分散劑，攪拌混勻，加水稀釋至80mL左右，將燒杯放入超聲清洗機(jī)中超聲3-4min。
④儀器的準(zhǔn)備：系統(tǒng)對(duì)中（每次開機(jī)對(duì)中一次）→設(shè)置參數(shù)（選擇石墨、折射率2.4）→點(diǎn)擊“新建”建立空白報(bào)告→準(zhǔn)備樣品，當(dāng)樣品的超聲時(shí)間還剩1分鐘左右時(shí)點(diǎn)擊“自動(dòng)”鍵，待儀器通知進(jìn)樣時(shí)，把樣品倒入循環(huán)進(jìn)樣器中并用水沖洗燒杯。
4 計(jì)算：儀器自動(dòng)生成
5 注意事項(xiàng)
①每測(cè)完一個(gè)樣品，樣品池都必須立即清洗干凈。
②粒度檢測(cè)單元連續(xù)開機(jī)不宜超過5小時(shí)。
③ 進(jìn)樣器不用時(shí)，其測(cè)量窗口要用脫脂棉擦干其內(nèi)外，套上密封膠帶，控制箱要排干里面的水，將進(jìn)樣杯的蓋蓋好，蓋上防塵布。
五、負(fù)極石墨比表面積的測(cè)試方法
1 方法提要
氮物理吸附法：依據(jù)氣體在固體表面的吸附規(guī)律，在一定的氮?dú)鈮毫ο?，任何粉體材料的表面積都可以吸附氮?dú)夥肿樱?duì)應(yīng)于確定的平衡吸附量，之中吸附是純粹的物理吸附，即被吸附的氣體分子與固體表面的結(jié)合力很弱，而且是可逆的，即在回到室溫的過程中，所有被吸附的氮分子又都被脫附出來。測(cè)量出在一定溫度下，一定相對(duì)壓力范圍的吸附等溫線。根據(jù)與實(shí)驗(yàn)等溫線符合的某個(gè)吸附等溫式，算出樣品表面以單層分子鋪滿所需的吸附量Vm。
S=VmNAm/22400*W
式中：
Vm：氮?dú)獾膯畏肿訉语柡臀搅浚╩l）
Am：氮分子橫截面積（Am=0.162nm²）
W：粉體樣品的重量（g）
N：阿伏伽德羅常數(shù)
即：
S=4.36Vm/W
2 儀器與試劑
儀器：比表面積測(cè)試儀、液氮杯、樣品管
試劑：高純液氮
3 分析步驟
3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
3.2樣品稱量
3.3樣品管安裝：將樣品管安裝在儀器上，其它管路不許安裝樣品管，安裝樣品管時(shí)先在樣品管上套上密封圈，同時(shí)擰緊樣品管上的螺絲。
3.4儀器開機(jī)及參數(shù)設(shè)置：打開高純氦、氮?dú)馄块y門，壓力控制在0.16MPa，通氣約3-5min后依次打開儀器電源開關(guān)，啟動(dòng)測(cè)試軟件，點(diǎn)擊“系統(tǒng)預(yù)熱”，調(diào)節(jié)流量預(yù)熱20-30min，預(yù)熱完畢后，填寫參數(shù)（氣體流量參數(shù)設(shè)置：0.1、0.15、0.2、0.25、0.3；定量管體積參數(shù)設(shè)置：3.69），將樣品名稱、質(zhì)量填寫完畢。
3.5液氮準(zhǔn)備：從液氮容器中導(dǎo)入液氮杯中，倒液氮時(shí)注意不要讓液氮與皮膚接觸，液面距杯口3㎝左右，將液氮杯放置在升降盤上。
3.6點(diǎn)擊“吸附開始”，試驗(yàn)開始。試驗(yàn)過程中由電腦控制，途中記住添加液氮。
4 計(jì)算：
4.1經(jīng)驗(yàn)公式：石墨樣品的重量大概在2g左右
4.2計(jì)算樣品凈質(zhì)量：樣品質(zhì)量=M₂-M₁（單位：mg；M₁：樣品管質(zhì)量；M₂：稱量樣品與樣品管的總質(zhì)量）
5 注意事項(xiàng)：
5.1實(shí)驗(yàn)前檢查氣瓶管道是否會(huì)漏氣，升降盤是否能正常工作。
5.2檢查電源、數(shù)據(jù)線連接是否正常。
5.3試驗(yàn)時(shí)，主機(jī)、管路不能晃動(dòng)太大。
5.4如果發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)關(guān)閉開關(guān)。
5.5通氣時(shí)，盡量使氣壓緩慢增加，避免氣流變化過快，導(dǎo)致流量傳感器的損壞。
5.6裝液氮時(shí)注意不要讓液氮接觸皮膚。
6、負(fù)極克容量的測(cè)試方法
1 方法提要
將負(fù)極材料通過混料、涂布、滾壓、銃片、烘干后制成負(fù)極片，使用鋰片做正極，組裝成扣式電池進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)試扣式電池的容量計(jì)算材料的克容量。
2 儀器與試劑
項(xiàng)目		名稱		規(guī)格
試劑、原料		負(fù)極粉		/
		電解液		LB-5275
		炭黑		KS-6
		LA133		SOLEF5130
		銅箔		0.009mm
		金屬鋰片		直徑16m厚度0.2mm
		隔膜		Celgard2320
		正極與負(fù)極外殼		2032
		泡沫鎳		A4*1.6mm面密度350±25g/m²
儀器		涂布器		QTG-100um
		磁力攪拌器		MS200
		真空干燥箱		DZF-6050
		手套箱		Advanced(2400/1000/900)
		扣式電池電動(dòng)封口機(jī)		CR2032
		手動(dòng)壓片機(jī)		14mm
		干燥器		210
		LAND電池測(cè)試系統(tǒng)		CT2001A
3 分析步驟
3.1配料：先將負(fù)極材料，導(dǎo)電劑烘干。先稱取m（約2.0g）膠LA133于研磨中，取負(fù)極粉料2.7m與炭黑0.15m攪拌混勻后加入研磨中，加水研磨約30min，按負(fù)極粉料：炭黑：膠=90:5:5的比例配制漿料。
3.3涂膜：取無水乙醇將涂膜用的玻璃臺(tái)擦拭干凈，取22cm*5.5cm的銅箔，用無水乙醇將正反面均擦拭干凈，將銅箔平鋪在玻璃臺(tái)上固定牢固，在平整的銅箔上放一涂布器，100um一面朝下，將攪拌好的漿料沿內(nèi)壁倒在銅箔上，勻速向一個(gè)方向拉動(dòng)涂布器，再將涂膜好的銅箔放置90℃下烘烤4h，填寫好涂膜烘烤時(shí)間記錄表，烘烤后，極片取出輥壓。
3.4輥壓：將烘干后的正負(fù)極片放在對(duì)輥機(jī)上輥壓，對(duì)輥壓力為3MPa。
3.5銃片：準(zhǔn)備好22*5.5cm的干凈的白紙和鑷子，從烘箱中取出烘干的銅箔，用14mm的手動(dòng)沖片機(jī)沖圓膜片，每張鋁箔沖8個(gè)圓膜片，將沖好的膜片放入干燥的稱量瓶中，將極片稱重后放入90℃烘箱中烘一個(gè)晚上，填寫好膜片烘烤時(shí)間記錄表，取出后立即轉(zhuǎn)入手套箱中冷卻裝配。
3.6裝配：將烘好的膜片移入水、氧含量≤5ppm的手套箱中，在鋪好無塵紙的平臺(tái)上平行擺放好2032扣式電池外殼的負(fù)極殼。在負(fù)極殼內(nèi)放置鎳網(wǎng)，滴加幾滴電解液，然后依次放上墊片，鋰片，滴加2滴電解液后放置隔膜，注意將隔膜放在中央，再滴加2滴電解液后在中心放上沖好的負(fù)極極片，蓋上正極鋼殼，在壓力為50MPa用封口機(jī)作封口處理后，靜至2h后進(jìn)行上機(jī)測(cè)試。
3.7測(cè)試：將制備好的扣式電池放在新威5V10mA測(cè)試柜上進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試工藝為0.05C恒流放電2h后用0.1C電流橫流放電到下限電壓0.05V，擱置5min后用0.1C電流充電到上限電壓2.0V后轉(zhuǎn)恒壓充電到將為0.03C，然后以0.1C電流恒流放電到下限電壓0.05V。改變充放電電流值完成0.2C和0.5C電流值的測(cè)試。
4 結(jié)果計(jì)算：
正/負(fù)極克容量=電池實(shí)際容量/（極片質(zhì)量-鋁箔質(zhì)量）×100%。
5 注意事項(xiàng)：
5.1配料時(shí)正極與炭黑一定要烘干水分。
5.2涂布時(shí)極片一定要平整，極片表面要絕對(duì)干凈，無粉塵、水分、酒精。
5.3裝配過程中要保證組裝順序及各成分的清潔度。
六、負(fù)極材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
1. 材料名稱：人造石墨
2. 應(yīng)用類型：動(dòng)力型、儲(chǔ)能型
3. 技術(shù)指標(biāo)：
必檢項(xiàng)目：
外觀					黑灰色粉末、無雜色、無結(jié)塊。
物理性能	粒度分布（μ m）		D₁₀		≥6
			D₅₀		41930
			D₉₀		≤29
			Dmax		≤48
	比表面（m2/g）				1.5~3.0
	H₂O(%)				≤0.2
	振實(shí)密度（g/cm³)				1.0~1.4
化學(xué)成分	Fe（ppm）				≤25
抽檢項(xiàng)目：
化學(xué)成分	S（ppm）				≤10
	Si（ppm）				≤50
	Cu（ppm）				≤50
	Mo（ppm）				≤10
	灰分(%)				≤0.18
電化學(xué)性能	0.1C放電容量（mAh/g）				≥350
	首次效率（%）				≥92
6. 包裝：密封包裝、防壓、防潮。