新能源鋰離子電池中石墨元素檢測(cè)解決方案

時(shí)間：2025/3/10閱讀：91

鋰離子電池石墨類負(fù)極材料采用的是結(jié)晶型層狀結(jié)構(gòu)的石墨類碳材料,，與正極材料在一定體系下協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)鋰離子的多次充電和放電，在充電過程中,，石墨類負(fù)極接受鋰離子的嵌入，在放電過程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的脫出,。此類石墨中的雜質(zhì)元素含量對(duì)于鋰離子電池的安全及性能有著重要影響,，同時(shí)也有研究表明對(duì)此類石墨進(jìn)行適當(dāng)改性可以有效提高相應(yīng)電池材料的性能，因此準(zhǔn)確,、快速地確定其含量對(duì)于新能源鋰離子電池的研發(fā)具有積極的指導(dǎo)意義,。

當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件《GB/T 24533-2019鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》中對(duì)此類材料的理化性質(zhì)作出了要求，對(duì)于各類各級(jí)的鋰離子電池石墨類負(fù)極材料,，文件不僅對(duì)微量金屬元素含量作出了限定(鐵,、鈉、鉻,、銅,、鎳、鋁,、鉬),，還限定了磁性物質(zhì)總量(鐵+鉻+鎳+鋅+鈷)，硫元素含量以及限用物質(zhì)含量(參照《GB/T 電子電氣產(chǎn)品六種限用物質(zhì)(鉛,、汞,、鎘,、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚)的測(cè)定》),，當(dāng)電池負(fù)極材料生產(chǎn)廠商對(duì)石墨有其他性能要求可相應(yīng)的自行監(jiān)控其他元素的技術(shù)指標(biāo),。

表1：不同類別的鋰離子電池石墨類負(fù)極材料的元素含量限定技術(shù)指標(biāo)

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1. 設(shè)備及試劑

EDX 6000C能量色散熒光光譜儀

2.樣品的采集、保存和前處理

按照石墨取樣標(biāo)準(zhǔn),，取100g石墨樣品,，在105℃的干燥箱干燥2h。稱量10.0g石墨樣品和2.0g硬脂酸(分析純)于粉碎機(jī)中振動(dòng)研磨30s,，將石墨樣品粉碎至0.074mm及以下,。稱量3.0g石墨樣品和12.0g硼酸粉末，以硼酸粉末為填充劑,，在30T壓力保壓30s的條件下壓片成型,。然后，在樣片上面貼上標(biāo)簽,、放入樣品袋中,，待用。

圖1：石墨壓樣樣品實(shí)物圖

3.工作曲線的建立和樣品分析

設(shè)定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件,，使用X射線熒光光譜儀掃描一系列含量已知的石墨標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或石墨二次標(biāo)樣,，該系列樣品中需關(guān)注元素Mg、Al,、Si,、K、Ca,、Ti,、Mn、Fe等元素含量與強(qiáng)度的一次線性校正工作曲線,。然后,，對(duì)未知石墨樣品進(jìn)行測(cè)量。

圖2：石墨樣品中關(guān)注的不同元素含量與強(qiáng)度線性關(guān)系圖

使用EDX 6000C能量色散熒光光譜儀測(cè)量不同含量石墨或石墨礦國(guó)家標(biāo)樣物質(zhì) ZBM 150~ ZBM 154,，建立Mg,、Al、Si,、K、Ca,、Ti,、Mn、Fe元素含量與強(qiáng)度的校正工作曲線。由圖可知,，石墨或石墨礦中關(guān)注元素的含量與強(qiáng)度具有非常好的線性關(guān)系,。

圖3：石墨樣品的熒光譜圖

圖3為石墨1#樣品的X射線熒光譜圖，從譜圖可知,，樣品的含有少量Mg,、Al、Si,、P,、K、Ca,、Ti,、Mn、Fe等元素,。使用該樣品進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試之后,，檢測(cè)結(jié)果中計(jì)算了對(duì)應(yīng)元素的氧化物含量，測(cè)試結(jié)果中呈現(xiàn)出較好的重復(fù)性,。

表2:石墨樣品的重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)(單位：%)

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