磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種反應(yīng)前即可確定終產(chǎn)物碳含量的磷酸鐵鋰電極材料碳含量的測(cè)定方法，先測(cè)定碳源的成炭率Y，再計(jì)算磷酸鐵鋰成品中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為本發(fā)明的有益效果在于：在設(shè)計(jì)端就可以進(jìn)行碳含量的精確計(jì)算，其終產(chǎn)物碳含量最終真實(shí)值(通過(guò)現(xiàn)有的碳硫分析儀測(cè)試表征)與本發(fā)明計(jì)算值絕對(duì)誤差為≤0.5％，免去了需要到反應(yīng)結(jié)束得到終產(chǎn)物才能通過(guò)輔助設(shè)備測(cè)定碳含量的復(fù)雜操作過(guò)程，該方法可給材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來(lái)便利，也免去了材料設(shè)計(jì)之初多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證批次穩(wěn)定性帶來(lái)的成本浪費(fèi)。
【專利說(shuō)明】
磯酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及裡離子電池，具體的說(shuō)是憐酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著裡離子電池的發(fā)展，商業(yè)化多年的LiCo化已經(jīng)由于價(jià)格和毒性危害等缺點(diǎn)漸 漸受到應(yīng)有的"冷落"，人們開(kāi)始尋求運(yùn)種材料的替代產(chǎn)品。憐酸鐵裡作為一種重要的正極 材料應(yīng)運(yùn)而生，在消費(fèi)類、車能和動(dòng)力電池領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前憐酸鐵裡的工藝路 線分為固相和液相法兩類，其中固相法主要W憐酸鐵工藝、=氧化二鐵工藝、草酸亞鐵工 藝，而幾種工藝都需要使用碳來(lái)將憐酸鐵裡顆粒的電子導(dǎo)電率低的特性進(jìn)行改善，同時(shí)碳 源還能確保材料中的二價(jià)鐵不變成對(duì)憐酸鐵裡材料電性能危害性極大的=價(jià)鐵，且固相法 工藝中的草酸亞鐵工藝的憐酸鐵工藝和=氧化二鐵(鐵紅)工藝都是需要將=價(jià)鐵采用碳 熱還原成目標(biāo)的二價(jià)鐵，但是目前工藝的最終成品中碳含量需要通過(guò)輔助設(shè)備測(cè)試碳含 量，操作上比較復(fù)雜且需要有成品實(shí)物才能進(jìn)行測(cè)試且不排除測(cè)試精度差，易受測(cè)試溫度 和時(shí)間的影響；另外不同工藝方法生產(chǎn)的產(chǎn)品碳含量大小的要求容忍度和極限碳含量有著 比較明顯的區(qū)別，且不同碳源產(chǎn)生的成品碳的顆粒度，表面狀態(tài)及結(jié)晶狀態(tài)對(duì)材料電性能 影響有著明顯的區(qū)別。因此，運(yùn)些問(wèn)題都對(duì)材料的規(guī)?；瘧?yīng)用和材料一性能的直接反饋設(shè) 計(jì)有著一定程度限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種反應(yīng)前即可確定終產(chǎn)物碳含量的憐酸鐵 裡電極材料的碳含量測(cè)定方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:憐酸鐵裡電極材料的碳含量 測(cè)定方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟 1、在 550 ~750°C，純度為 99.6%~99.99%、流量為100~100011117111111的氮?dú)?作為保護(hù)氣體，爐壓0.1~0.SMPa條件下將碳源熱分解W測(cè)定碳源的成炭率Y;
[0006] 步驟2、由步驟1得到的成炭率Y計(jì)算憐酸鐵裡成品中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式 為：
[0007]
[000引其中，mi為生產(chǎn)中投入的=價(jià)鐵源化合物的質(zhì)量，m2為生產(chǎn)中投入的步驟1中成炭 率為Y的碳源的質(zhì)量，X為化學(xué)反應(yīng)式
[0009] Fe3++XC 一化 h+cox
[0010] 中的參與反應(yīng)的碳的化學(xué)計(jì)量數(shù)，所述的化學(xué)反應(yīng)式的反應(yīng)條件如下:燒結(jié)溫度 550~750°C，燒結(jié)時(shí)間10~24h，純度為99.6%~99.99%、流量為100~10001111/111111的氮?dú)?作為保護(hù)氣體，爐壓0.1~0. SMPa。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明為憐酸鐵裡電極材料提供了反應(yīng)前即可確定終產(chǎn) 物碳含量的測(cè)定方法，只需要測(cè)定相同反應(yīng)條件下碳源的成炭率，在設(shè)計(jì)端就可W進(jìn)行碳 含量的精確計(jì)算，其終產(chǎn)物碳含量最終真實(shí)值(通過(guò)現(xiàn)有的碳硫分析儀測(cè)試表征)與本發(fā)明 計(jì)算值絕對(duì)誤差^ 0.5 %，免去了需要到反應(yīng)結(jié)束得到終產(chǎn)物才能通過(guò)輔助設(shè)備測(cè)定碳含 量的復(fù)雜操作過(guò)程，該方法可給材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來(lái)便利，也免去了材料設(shè)計(jì)之初多次實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證批次穩(wěn)定性帶來(lái)的成本浪費(fèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，W下結(jié)合實(shí)施方式予W說(shuō)明。
[0013] 本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:通過(guò)研究一定條件下制備憐酸鐵裡電極材料反應(yīng)產(chǎn)物 與終產(chǎn)物之間的關(guān)系，只需要先測(cè)定碳源在相同反應(yīng)條件下的成炭率，由質(zhì)量守恒定律，在 反應(yīng)前即可確定終產(chǎn)物碳含量。
[0014] 本發(fā)明提供一種憐酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法，包括如下步驟：
[0015] 步驟 1、在 550 ~750°C，純度為 99.6%~99.99%、流量為100~100011117111111的氮?dú)?作為保護(hù)氣體，爐壓0.1~0.SMPa條件下將碳源熱分解W測(cè)定碳源的成炭率Y;
[0016] 步驟2、由步驟1得到的成炭率Y計(jì)算憐酸鐵裡成品中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式 為：
[0017]
[001引其中，mi為生產(chǎn)中投入的S價(jià)鐵源化合物的質(zhì)量，m2為生產(chǎn)中投入的步驟1中成炭 率為Y的碳源的質(zhì)量，X為化學(xué)反應(yīng)式
[0019] 化 3++XC 一化 h+cox
[0020] 中的參與反應(yīng)的碳的化學(xué)計(jì)量數(shù)，所述的化學(xué)反應(yīng)式的反應(yīng)條件如下:燒結(jié)溫度 550~750°C，燒結(jié)時(shí)間10~24h，純度為99.6%~99.99%、流量為100~100011117111111的氮?dú)?作為保護(hù)氣體，爐壓0.1~0. SMPa。
[0021] 所述的成炭率為在550~750°C、純度為99.6%~99.99%氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下將碳源 熱分解得到的炭的質(zhì)量與參加反應(yīng)的碳源質(zhì)量的百分比。
[0022] 本發(fā)明為憐酸鐵裡電極材料提供了反應(yīng)前即可確定終產(chǎn)物碳含量的測(cè)定方法，只 需要測(cè)定相同反應(yīng)條件下碳源的成炭率，在設(shè)計(jì)端就可W進(jìn)行碳含量的精確計(jì)算，其終產(chǎn) 物碳含量最終真實(shí)值（通過(guò)現(xiàn)有的碳硫分析儀測(cè)試表征）與本發(fā)明計(jì)算值絕對(duì)誤差為< 0.5%，免去了需要到反應(yīng)結(jié)束得到終產(chǎn)物才能通過(guò)輔助設(shè)備測(cè)定碳含量的復(fù)雜操作過(guò)程， 該方法可給材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來(lái)便利，也免去了材料設(shè)計(jì)之初多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證批次穩(wěn)定性帶來(lái) 的成本浪費(fèi)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述的碳源為小分子糖類或高分子聚合物。若碳源為小分子糖類，貝化 的范圍為22~40%;若碳源為大分子聚合物，貝化的范圍為6~18%。
[0024] 進(jìn)一步的，X的范圍為0.25~0.50。
[0025] 實(shí)施例1
[00%]采用葡萄糖作為碳源，鐵源采用鐵紅，其燒結(jié)溫度650°C，燒結(jié)時(shí)間為22h，工業(yè)氮 氣(99.7 % )為保護(hù)氣體，且流量為300mL/min，爐壓為0.3MPa。
[0027]其計(jì)算方式如下步驟和公式：
[002引生產(chǎn)中投入質(zhì)量為虹的；價(jià)鐵源，虹為IOkg;
[0029] 投入質(zhì)量為m2的葡萄糖，其成炭率為26.15% ,m2為6.化g;
[0030] 得到質(zhì)量為虹/0.354的Li化P〇4;
[0031] 消耗了質(zhì)量為0.107虹的C;
[0032] 則成品中碳含量為：
[0033] (0.2615m2-0.107mi)/(mi/0.354+0.2615m2-0.107mi) = 2.18%。
[0034] 經(jīng)檢巧M義器測(cè)定結(jié)果為2.11 %，誤差為0.07 %。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 采用葡萄糖作為碳源，鐵源采用憐酸鐵，其燒結(jié)溫度680°C，燒結(jié)時(shí)間為16h，工業(yè) 氮?dú)?99.7 % )為保護(hù)氣體，且流量為200mL/min，爐壓為0.4MPa;
[0037] 其計(jì)算方式如下步驟和公式：
[0038] 生產(chǎn)中投入質(zhì)量為虹的S價(jià)鐵源，虹為500kg;
[0039] 投入質(zhì)量為m2的葡萄糖，其成炭率為24.化％，m2為290kg;
[0040] 得到質(zhì)量為虹/0.354的Li化P〇4;
[0041 ] 消耗了質(zhì)量為0.107虹的C;
[0042] 則成品中碳含量為：
[0043] (0.2425m2-0.107mi)/(mi/0.354+0.2425m2-0.107im) = 1.18%。
[0044] 經(jīng)檢測(cè)，儀器測(cè)定結(jié)果為1.05%，誤差為0.13%。
[0045] 實(shí)施例3
[0046] 采用薦糖作為碳源，鐵源采用鐵紅，其燒結(jié)溫度650°C，燒結(jié)時(shí)間為20h，工業(yè)氮?dú)?(99.7 % )為保護(hù)氣體，且流量為400mL/min，爐壓為0.5MPa;
[0047] 其計(jì)算方式如下步驟和公式：
[004引生產(chǎn)中投入質(zhì)量為虹的S價(jià)鐵源，虹為500kg;
[0049]投入質(zhì)量為m2的薦糖，其成炭率為30.6%，m2為20化g;
[(K)加 ]得到質(zhì)量為虹/0.354的Li化P〇4;
[0051 ] 消耗了質(zhì)量為0.053虹的C;
[0052] 則成品中碳含量為：
[0053] (0.306m2-0.053mi)/(mi/0.354+0.306m2-0.053mi) = 2.50%。
[0054] 經(jīng)檢巧M義器測(cè)定結(jié)果為2.61 %，誤差為0.11 %。
[0化5] 實(shí)施例4
[0056] 采用聚乙二醇作為碳源，鐵源采用草酸亞鐵工藝其燒結(jié)溫度600°C，燒結(jié)時(shí)間為 20h，工業(yè)氮?dú)?99.9 % )為保護(hù)氣體，且流量為600mL/min，爐壓為0.6MPa;
[0057] 其計(jì)算方式如下步驟和公式：
[0化引生產(chǎn)中投入質(zhì)量為虹的S價(jià)鐵源，虹為500kg;
[0化9] 投入質(zhì)量為m2的聚乙二醇，其成炭率為16.2% ,m2為400kg;
[0060] 得到質(zhì)量為虹/0.354的Li化P〇4;
[0061 ] 消耗了質(zhì)量為0.107虹的C;
[0062] 則成品中碳含量為：
[0063] (0.162m2-0.107mi)/(mi/0.354+0.162m2-0.107mi) = 0.79%。
[0064] 經(jīng)檢巧M義器測(cè)定結(jié)果為0.84%，誤差為0.05%。
[0065] 綜上所述，本發(fā)明為憐酸鐵裡電極材料提供了反應(yīng)前即可確定終產(chǎn)物碳含量的測(cè) 定方法，只需要測(cè)定相同反應(yīng)條件下碳源的成炭率，在設(shè)計(jì)端就可W進(jìn)行碳含量的精確計(jì) 算，其終產(chǎn)物碳含量最終真實(shí)值(通過(guò)現(xiàn)有的碳硫分析儀測(cè)試表征)與本發(fā)明計(jì)算值絕對(duì)誤 差< 0.5%，免去了需要到反應(yīng)結(jié)束得到終產(chǎn)物才能通過(guò)輔助設(shè)備測(cè)定碳含量的復(fù)雜操作 過(guò)程，該方法可給材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來(lái)便利，也免去了材料設(shè)計(jì)之初多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證批次穩(wěn)定 性帶來(lái)的成本浪費(fèi)。
[0066] W上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā) 明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 憐酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、在550~750°C，純度為99.6%~99.99%、流量為100~lOOOmL/min的氮?dú)庾鳛?保護(hù)氣體，爐壓0.1~0.8MPa條件下將碳源熱分解W測(cè)定碳源的成炭率Y; 步驟2、由步驟1得到的成炭率Y計(jì)算憐酸鐵裡成品中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為： 班,7- m,義.碳的原子量/鐵的原子量 α。/ Wi.憐酸鐵裡的分子量/鐵的原子量+附m,乂·碳的原子量/鐵的原子量'。 其中，mi為生產(chǎn)中投入的Ξ價(jià)鐵源化合物的質(zhì)量，m2為生產(chǎn)中投入的步驟1中成炭率為Y 的碳源的質(zhì)量，X為化學(xué)反應(yīng)式 Fe3++XC 一化 h+cox 中的參與反應(yīng)的碳的化學(xué)計(jì)量數(shù)，所述的化學(xué)反應(yīng)式的反應(yīng)條件如下:燒結(jié)溫度550~ 750°C，燒結(jié)時(shí)間10~24h，純度為99.6%~99.99%、流量為100~lOOOml/min的氮?dú)庾鳛楸?護(hù)氣體，爐壓0.1~0.8MPa。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的憐酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法，其特征在于:X的范圍 為0.25~0.50。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的憐酸鐵裡電極材料的碳含量測(cè)定方法，其特征在于:所述的碳 源為小分子糖類或高分子聚合物。
【文檔編號(hào)】H01M10/42GK105845993SQ201610150030
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】唐姣君, 王哲, 董曉利
【申請(qǐng)人】蕪湖天弋能源科技有限公司