鋰離子電池石墨正負(fù)極材料元素含量檢測(cè)儀

鋰離子電池石墨類(lèi)負(fù)極材料采用的是結(jié)晶型層狀結(jié)構(gòu)的石墨類(lèi)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(guò)程中，石墨類(lèi)負(fù)極接受鋰離子的嵌入，在放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的脫出。此類(lèi)石墨中的雜質(zhì)元素含量對(duì)于鋰離子電池的 an quan 及性能有著zhong 要影響，同時(shí)也有研究表明對(duì)此類(lèi)石墨進(jìn)行適當(dāng)改性可以有效提 gao 相應(yīng)電池材料的性能[8] ，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 guo jia 標(biāo)準(zhǔn)文件《GB/T 24533-2019 鋰離子電池石墨類(lèi)負(fù)極材料》中對(duì)此 類(lèi)材料的理化性質(zhì)作出了要求，對(duì)于各類(lèi)各級(jí)的鋰離子電池石墨類(lèi)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(chǎng)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(lèi)別的鋰離子電池石墨類(lèi)負(fù)極材料的元素含量限定技術(shù)指標(biāo)

設(shè)備及試劑

1、設(shè)備:鋰離子電池石墨正負(fù)極材料元素含量檢測(cè)儀X射線(xiàn)熒光光譜儀EDX6000C；jing 密電子天平；干燥箱，粉末壓片機(jī)

     試樣:含量已知按照國(guó)標(biāo)定值的石墨樣品（二次標(biāo)樣）

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(chēng)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(chēng)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。

圖一：石墨壓樣樣品實(shí)物圖

3、工作曲線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性校正工作曲線(xiàn)。然后，對(duì)未知石墨樣品進(jìn)行測(cè)量。

圖二：石墨樣品中關(guān)注的不同元素含量與強(qiáng)度線(xiàn)性關(guān)系圖

使用EDX6000C能量色散熒光光譜儀測(cè)量不同含量的硫酸鹽溶液，建立其強(qiáng)度與含量的工作曲線(xiàn)，由上圖可以看到硫酸鹽溶液中關(guān)注元素的含量與強(qiáng)度具有fei chang hao 的線(xiàn)性關(guān)系。

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guo jia 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(xiàn)。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fei chang hao 的線(xiàn)性關(guān)系。

圖三：石油焦樣品的熒光譜圖

圖三 為石墨 1#樣品的 X 射線(xiàn)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)果中除卻 P2O5、 MnO 因含量較低在 0.05%以下，導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)性較大，其他元素氧化物的測(cè)試結(jié)果中呈現(xiàn)出較好的重復(fù)性

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

結(jié)論及展望

XRF 作為一種 zhong yao 的檢測(cè)技術(shù)，在新能源電池ling yu 具有g(shù)uang fan 的應(yīng)用前景， 隨著技術(shù)的不斷chuang xin 和進(jìn)步，XRF 將為新能源電池行業(yè)的發(fā)展提供geng jia jing zhun 、 高效的技術(shù)支持。

面對(duì)新能源電池行業(yè)的發(fā)展需求，天瑞儀器充分發(fā)揮自身在 XRF 技術(shù)ling yu 的zhuan ye you shi ，為新能源電池上下游企業(yè)提供一站式分析解決方案。天瑞儀器推出 的 XRF 儀器在新能源電池行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始了應(yīng)用探索，無(wú)論是石墨類(lèi)的固體樣品 還是硫酸錳溶液之類(lèi)的液體樣品，儀器都能對(duì)其作出相應(yīng)檢測(cè)并具有較好的檢測(cè)效果，表明儀器在能源電池的正極、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜等guan jian 材料的研究與分析中具有良好的應(yīng)用前景，并具有顯著you shi 。

未來(lái)，XRF 技術(shù)在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用將geng jia guang fan ，市場(chǎng)潛力ju da 。天瑞儀器將繼續(xù)深耕 XRF 技術(shù)，不斷提升自身實(shí)力，為新能源電池行業(yè)提供geng jia 優(yōu)質(zhì)、高效的分析服務(wù)。在新能源電池產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展背景下，XRF 技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮zhong yao 作用，助力新能源電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。

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