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负极材料克容量等测试方法及标准

2023-01-05 来源:锂电前沿 浏览数:1

一、负极石墨水分的测试方法
1 方法提要
待测样品在高温中烘烤减轻的重量即是失去水分的重量,所减轻的重量与待测样品烘烤前的重量的比值即是待测样品水分的重量。
2 仪器与试剂
仪器:水分测定仪、药匙
3 分析步骤
3.1开机准备:将仪器放在温度稳定、平稳、气体对流不大的地方,调节水平脚,使仪器的水平指示器处于中央位置。
3.2 开机:接上电源,放置样品盘,使用前预热30min。
3.3运行:取待测样品12g左右于水分测定仪中,在130℃下烘烤15min,样品的水分含量显示值在不断变化。水分测量结束后,仪器会自动关闭加热单元,蜂鸣器发出响声,提示操作者水分测量已完成,记录数据。
3.4关机:待测定完样品后,按下开关键,拔下电源。
4 计算
仪器自动生成水分百分含量结果
5 注意事项:
5.1测试完后,样品盘和样品温度很高,应冷却后取出。
5.2本仪器有两个保险丝,当仪器接通电源后,按“开关”键无显示,控制电路保险丝可能烧毁,若按“启动”键加热单元不工作,则可能加热单元保险丝烧毁。
5.3在测定水分过程中,一定要避免振动,加热筒下端缺口不能迎风摆放。
5.4每次测定间隔时间必须大于5分钟。
5.5在测定水分过程中,不能用手去触摸加热筒,严禁敲击或直接振动工作台面。
5.6 每隔1个月应对水分测试仪进行校准。
5.7 加热时减轻的重量除了水分含量外应还有其他挥发性物质含量,但其含量较低,可近似认为是水分含量。
二、负极石墨振实密度的测试方法
1 方法提要
装在钢筒里的石墨在振实密度测试仪中振动10min,通过其下降深度计算出振动后的体积,再用石墨的重量除以其振动后的体积得出振实密度。
2 仪器
仪器:粉体振实密度仪、钢筒(带钢帽)、药匙、深度游标卡尺、压平器
粉体振实密度仪:我司所用型号为JZ-1型粉体振实密度仪(深圳三溶仪器产)。
钢筒:内径为16.7mm和16.8mm、深度80mm
3 分析步骤
3.1将干燥的钢筒用分析天平称量,记录其重量m
3.2将石墨装满于钢筒中,用分析天平称量,记录重量为M
3.3将装满来料的钢筒盖上钢帽,放在粉体振实密度仪中振动10min
3.4取出钢筒并将筒盖打开,将压平器轻放入钢筒中压平粉体,旋转压平器90°
3.5用深度游标卡尺测量石墨下降深度l(游标卡尺读数加上压平器高度)
3.6测试完成清洁仪器
4 计算:
 振实密度=(M-m)/(L-l)*πR2
式中:
 L:钢筒深度
 R为钢筒的内径
注:该计算由与振实密度仪匹配的分析软件计算,直接输入数据即可
5 注意事项:
5.1仪器电源接地必须良好,以确保安全
5.2测试前必须保证钢筒的干燥
5.3更换筒内粉体,只能用药匙将粉刮出来,不能碰撞,避免粉筒变形
5.4振动后,使用压平器压平时,将压平器旋转90°后再测其深度,且在转动的过程中不应往下压5.5保持仪器清洁,尽量避免将粉装入仪器运动部位
三、负极石墨中铁含量的测定方法
1 方法提要
待测样品在(1+1)HCl溶液加热的条件下溶解,再用原子吸收分光光度计标准曲线法测出待测样品中铁含量的浓度。
2 仪器与试剂
仪器:原子吸收光谱仪、分析天平、电炉、250mL容量瓶、100mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、漏斗
试剂:AR(1+1)盐酸
3分析步骤
3.1作业前的准备:准备好Fe的标样,0ppm,0.5 ppm, 1ppm,1.5ppm的标准溶液。
3.2样品的准备:在分析天平中称取约5g石墨于150mL的烧杯中,加入80mL(1+1)的HCl,在加热板上加热大概30分钟;将加热后的样品冷却过滤,定容到100mL容量瓶中,用原子吸收光谱仪测铁含量。
3.3仪器的准备:打开计算机→打开仪器→进入工作软件→系统复位(每次开机复位一次)→复位完成后点确定→元素选择→条件设置→波长定位→自动能量到100%左右。
3.4气体的准备:打开空气阀门,调节输出压力0.2~0.3MPa,再打开乙炔阀,调节压力为0.05~0.1MPa,按下主机乙炔开关,调节乙炔开关使乙炔流量到刻度线,立即点火。
3.5检测:检测顺序为标样空白→标样→样品空白→样品检测。
4  计算:

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C:原子吸收光谱仪算出来的浓度,单位µg/mL。
M:称取的样品的质量,单位:g。
5 注意事项
5.1使用前检查气路管连接是否完好,乙炔钢瓶压力是否达到要求。当总压力降至0.4MPa时,应禁止使用,否则会使丙酮溢出,影响分析结果和乙炔钢瓶正常使用。
5.2点火前首先检查废液管的密封环是否有水,若无水应注水否则容易造成回火。
5.3每次测试完毕后,应在点火状态下吸蒸馏水5分钟,以清除原子化器中的残留酸,并在关机后用滤纸擦净燃烧头。
5.4每测完一个样品都要对吸管进行清洗。
四、负极石墨粒度的测试方法
方法提要
光在传播中,波源受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制,以受限波源处各元波为源的发射在空间干涉而产生衍射和散射,衍射和散射的光能的空间(角度)分布与光波波长和隙孔或颗粒的尺度有关。用激光做光源,光为波长一定的单色光,衍射和散射的光能的空间(角度)分布就只与粒径有关。对颗粒群的衍射,各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小,各特定角光能量在总光能量中的比例,应反映着各颗粒级的分布丰度。
2仪器与试剂
仪器:激光粒度分析仪、超声波清洗机、玻璃棒、烧杯
试剂:丙三醇溶液
3 分析步骤
①作业前的准备:检查仪器电源,水源是否连接好。打开主机电源(预热30分钟),再依次打开计算机进入仪器操作界面,打开水源。
②配置分散剂:往150mL烧杯中加入几滴丙三醇,以水稀释至50mL,混匀。 
③样品的准备:往烧杯中加入适量样品,加少量水润湿,滴入几滴分散剂,搅拌混匀,加水稀释至80mL左右,将烧杯放入超声清洗机中超声3-4min。
④仪器的准备:系统对中(每次开机对中一次)→设置参数(选择石墨、折射率2.4)→点击“新建”建立空白报告→准备样品,当样品的超声时间还剩1分钟左右时点击“自动”键,待仪器通知进样时,把样品倒入循环进样器中并用水冲洗烧杯。
4 计算:仪器自动生成
5 注意事项
①每测完一个样品,样品池都必须立即清洗干净。
②粒度检测单元连续开机不宜超过5小时。
 进样器不用时,其测量窗口要用脱脂棉擦干其内外,套上密封胶带,控制箱要排干里面的水,将进样杯的盖盖好,盖上防尘布。
五、负极石墨比表面积的测试方法
1 方法提要
氮物理吸附法:依据气体在固体表面的吸附规律,在一定的氮气压力下,任何粉体材料的表面积都可以吸附氮气分子,并对应于确定的平衡吸附量,之中吸附是纯粹的物理吸附,即被吸附的气体分子与固体表面的结合力很弱,而且是可逆的,即在回到室温的过程中,所有被吸附的氮分子又都被脱附出来。测量出在一定温度下,一定相对压力范围的吸附等温线。根据与实验等温线符合的某个吸附等温式,算出样品表面以单层分子铺满所需的吸附量Vm。
S=Vm*N*Am/22400*W
式中:
Vm:氮气的单分子层饱和吸附量(ml) 
Am:氮分子横截面积(Am=0.162nm2
W:粉体样品的重量(g)
N:阿伏伽德罗常数
即:
S=4.36Vm/W
2 仪器与试剂
仪器:比表面积测试仪、液氮杯、样品管
试剂:高纯液氮
3 分析步骤
3.1实验准备
3.2样品称量
3.3样品管安装:将样品管安装在仪器上,其它管路不许安装样品管,安装样品管时先在样品管上套上密封圈,同时拧紧样品管上的螺丝。
3.4仪器开机及参数设置:打开高纯氦、氮气瓶阀门,压力控制在0.16MPa,通气约3-5min后依次打开仪器电源开关,启动测试软件,点击“系统预热”,调节流量预热20-30min,预热完毕后,填写参数(气体流量参数设置:0.1、0.15、0.2、0.25、0.3;定量管体积参数设置:3.69),将样品名称、质量填写完毕。
3.5液氮准备:从液氮容器中导入液氮杯中,倒液氮时注意不要让液氮与皮肤接触,液面距杯口3㎝左右,将液氮杯放置在升降盘上。
3.6点击“吸附开始”,试验开始。试验过程中由电脑控制,途中记住添加液氮。
4 计算:
4.1经验公式:石墨样品的重量大概在2g左右
4.2计算样品净质量:样品质量=M2-M1(单位:mg;M1:样品管质量;M2:称量样品与样品管的总质量)
5 注意事项:
5.1实验前检查气瓶管道是否会漏气,升降盘是否能正常工作。 
5.2检查电源、数据线连接是否正常。
5.3试验时,主机、管路不能晃动太大。
5.4如果发现异常情况,及时关闭开关。
5.5通气时,尽量使气压缓慢增加,避免气流变化过快,导致流量传感器的损坏。
5.6装液氮时注意不要让液氮接触皮肤。
6、负极克容量的测试方法
1 方法提要
将负极材料通过混料、涂布、滚压、铳片、烘干后制成负极片,使用锂片做正极,组装成扣式电池进行测试,通过测试扣式电池的容量计算材料的克容量。
2 仪器与试剂
项目名称规格
试剂、原料负极粉/
电解液LB-5275
炭黑KS-6
LA133SOLEF5130
铜箔0.009mm
金属锂片直径16m厚度0.2mm
隔膜Celgard2320
正极与负极外壳2032
泡沫镍A4*1.6mm面密度350±25g/m2
仪器涂布器QTG-100um
磁力搅拌器MS200
真空干燥箱DZF-6050
手套箱Advanced(2400/1000/900)
扣式电池电动封口机CR2032
手动压片机14mm
干燥器210
LAND电池测试系统CT2001A
3 分析步骤
3.1配料:先将负极材料,导电剂烘干。先称取m(约2.0g)胶LA133于研磨中,取负极粉料2.7m与炭黑0.15m搅拌混匀后加入研磨中,加水研磨约30min,按负极粉料:炭黑:胶=90:5:5的比例配制浆料。 
3.3涂膜:取无水乙醇将涂膜用的玻璃台擦拭干净,取22cm*5.5cm的铜箔,用无水乙醇将正反面均擦拭干净,将铜箔平铺在玻璃台上固定牢固,在平整的铜箔上放一涂布器,100um一面朝下,将搅拌好的浆料沿内壁倒在铜箔上,匀速向一个方向拉动涂布器,再将涂膜好的铜箔放置90℃下烘烤4h,填写好涂膜烘烤时间记录表,烘烤后,极片取出辊压。
3.4辊压:将烘干后的正负极片放在对辊机上辊压,对辊压力为3MPa。
3.5铳片:准备好22*5.5cm的干净的白纸和镊子,从烘箱中取出烘干的铜箔,用14mm的手动冲片机冲圆膜片,每张铝箔冲8个圆膜片,将冲好的膜片放入干燥的称量瓶中,将极片称重后放入90℃烘箱中烘一个晚上,填写好膜片烘烤时间记录表,取出后立即转入手套箱中冷却装配。
3.6装配:将烘好的膜片移入水、氧含量≤5ppm的手套箱中,在铺好无尘纸的平台上平行摆放好2032扣式电池外壳的负极壳。在负极壳内放置镍网,滴加几滴电解液,然后依次放上垫片,锂片,滴加2滴电解液后放置隔膜,注意将隔膜放在中央,再滴加2滴电解液后在中心放上冲好的负极极片,盖上正极钢壳,在压力为50MPa用封口机作封口处理后,静至2h后进行上机测试。
 3.7测试:将制备好的扣式电池放在新威5V10mA测试柜上进行检测。测试工艺为0.05C恒流放电2h后用0.1C电流横流放电到下限电压0.05V,搁置5min后用0.1C电流充电到上限电压2.0V后转恒压充电到将为0.03C,然后以0.1C电流恒流放电到下限电压0.05V。改变充放电电流值完成0.2C和0.5C电流值的测试。
4 结果计算:
正/负极克容量=电池实际容量/(极片质量-铝箔质量)×100%。
5 注意事项:
5.1配料时正极与炭黑一定要烘干水分。
5.2涂布时极片一定要平整,极片表面要绝对干净,无粉尘、水分、酒精。
5.3装配过程中要保证组装顺序及各成分的清洁度。
六、负极材料的测试标准
1. 材料名称:人造石墨   
2. 应用类型:动力型、储能型
3. 技术指标:
必检项目:
外观黑灰色粉末、无杂色、无结块。
物理性能粒度分布(μ m)D10≥6
D5041930
D90≤29
Dmax≤48
比表面(m²/g)1.5~3.0
H2O(%)≤0.2
振实密度(g/cm3)1.0~1.4
化学成分Fe(ppm)≤25
抽检项目:
化学成分S(ppm)≤10
Si(ppm)≤50
Cu(ppm)≤50
Mo(ppm)≤10
灰分(%)≤0.18
电化学性能0.1C放电容量(mAh/g)≥350
首次效率(%)≥92
6.  包装:密封包装、防压、防潮。


 

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