新能源鋰離子電池

石墨元素檢測解決方案

石墨 硫  鉛、汞、鎘、鉻、元素分析儀-江蘇天瑞儀器股份有限公司生產(chǎn)的X射線熒光光譜儀全元素分析儀，是針對天然石墨，人造石墨，復(fù)合石墨微量元素檢測的儀器。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于新能源鋰離子電池的研發(fā)具有積極的指導(dǎo)意義。

      石墨 硫  鉛、汞、鎘、鉻、元素分析儀-江蘇天瑞儀器股份有限公司根據(jù)當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)文件《GB/T 24533-2019鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》中對此類材料的理化性質(zhì)作出了要求，對于各類各級的鋰離子電池石墨類負(fù)極材料，文件不僅對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)的測定》)，當(dāng)電池負(fù)極材料生產(chǎn)廠商對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)。

《GB/T 24533-2019鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》對于各類各級的鋰離子電池石墨類負(fù)極材料，對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)的測定》)，生產(chǎn)廠商對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)

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

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，對未知石墨樣品進(jìn)行測量。

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量不同含量石墨或石墨礦國家標(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)性測試之后，檢測結(jié)果中計(jì)算了對應(yīng)元素的氧化物含量，測試結(jié)果中呈現(xiàn)出較好的重復(fù)性。

表2:石墨樣品的重復(fù)性測量數(shù)據(jù)(單位：%)