CN102854085A - 一种磷酸铁锂中碳含量的测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂中的碳含量的测定方法，包括下述步骤：（1）将干净的器皿在800℃-1000℃的温度灼烧至恒重，降温到200℃-300℃时，将器皿取出放置到干燥器里，降到室温的时候称重并记录重量为m0；（2）称取待测物料放于干燥的器皿内，一并放入真空干燥箱内干燥，温度在120℃-150℃，时间在2-3h，干燥结束后待温度降至室温，取出称量器皿和物料质量和，记录为m1。（3）将称重结束的器皿和物料在温度800℃-1000℃环境下灼烧，时间2-3小时，待温度降至200-300℃，取出放入干燥器内，冷却至室温，并称重记录为m2；（4）采用下述公式计算物料中的含碳量：
Description
技术领域
本发明公开一种化合物内碳含量的检测方法，尤其涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂中的碳含量的测定方法。
背景技术
碳含量的分析方法在化学材料的生产过程中经常需要用到。随着锂离子电池在人们生活中的应用越来越广泛，锂离子电池材料也得到很大的发展，尤其是对磷酸铁锂电池正极材料，磷酸铁锂正极材料因为其安全性好、绿色环保、循环稳定、高温性能好等优点受到广泛的关注，但是由于其电子导电率低而经常需要进行碳包覆进行改性。但是磷酸铁锂中碳含量的差异会对材料本身的性能造成巨大的影响。实验表明，当磷酸铁锂材料中碳含量低时，材料中Fe2+被氧化的比例大，会造成样品纯度降低，而且电子导电率低导致充电电阻过大；但当磷酸铁锂材料中碳含量太高时，影响材料的振实密度，致使材料的克容量低，同时碳含量过高也会给加工性能带来很多不利的影响。
因此磷酸铁锂中的碳含量的测试是必须进行的，当前对磷酸铁锂材料进行碳含量测试的主要的方法就是采用碳硫分析仪，但是碳硫分析仪价格昂贵，耗材多，测试过程比较繁琐，成本也很昂贵，难以适应实验室使用。而专利号为CN201010519238.7的专利文件中所记载的磷酸铁锂正极材料碳含量测试方法，其是采用化学方法，首先使用各种强酸混合溶解待检材料，然后进行过滤，最后对未溶解的部分进行干燥、称重，从而进行碳含量测试，此种测试方式的过程中包括系列的化学反应，且其采用了大量的盐酸、硝酸等强酸作为溶剂，不仅对环境污染较大，而且在溶解过滤的过程中对实验员的操作熟练度要求很高，容易产生误差。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的对磷酸铁锂中的碳含量的检测成本高、容易出现误差等缺点，本发明中提供一种新的磷酸铁锂中的碳含量的测定方法，利用磷酸铁锂在空气中的热重分析法，通过灼烧前后的重量差异来计算磷酸铁锂中的碳含量。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种磷酸铁锂中碳含量的测定方法，方法包括下述步骤：
（1）器皿处理：将干净的器皿在800℃-1000℃的温度灼烧至恒重，降温到200℃-300℃时，将器皿取出放置到干燥器里，降到室温的时候称重并记录重量为m0；
（2）待测物预处理：称取待测物料放于干燥的器皿内，一并放入真空干燥箱内干燥，温度在120℃-150℃，时间在2-3h，干燥结束后待温度降至室温，取出称量器皿和物料质量和，记录为m1。
（3）待测物处理：将称重结束的器皿和物料在温度800℃-1000℃环境下灼烧，时间2-3小时，待温度降至200-300℃，取出放入干燥器内，冷却至室温，并称重记录为m2；
（4）碳含量计算：采用下述公式计算物料中的含碳量：
其中，m0为（1）步骤中空器皿的重量，m1为（2）步骤中干燥后物料与器皿的总重，m2为（3）步骤中灼烧后物料与器皿的总重。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的器皿采用磁舟。
所述的步骤1中对器皿进行高温处理时，将器皿置于高温箱形电炉内进行处理。
所述的步骤1中干燥器里面放入硅胶或者五氧化二磷。
所述的物料称取的量要适中。
所述的物料灼烧过程中要求保持炉门有微小空隙。
所述的步骤1和步骤3中灼烧温度、灼烧时间以及取出温度的设定一致。
所述的器皿灼烧时间为1-2个小时。
所述的步骤3中的灼烧采用高温箱形电炉。
本发明的有益效果是：通过本发明的方法可以准确的测定出碳包覆磷酸铁锂中碳的含量，对前体制备过程中有机或者无机碳源的加入量起到一定的指导作用。与其他方法相比，本方法操作简单、测试成本低、测试过程中耗材消耗少，在一般条件的实验环境均可以进行测试，且测试的精确度高。
下面将通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
具体实施方式
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
本发明专利主要为一种磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其采用物理方法，利用磷酸铁锂在空气中的热重分析法，通过灼烧前后的重量差异来计算磷酸铁锂中的碳含量，其基本原理是空气中氧原子使二价铁氧化为三价铁和碳氧化为二氧化碳两方面。
本发明主要包括下述步骤：
（1）器皿处理：将干净的器皿在800℃-1000℃的温度灼烧至恒重，本实施例中，器皿采用磁舟，灼烧采用高温箱形电炉，具体实施时，也可以采用其他性能稳定、耐烧的器皿，灼烧时间通常保持在1-2小时左右，灼烧后降温到200℃-300℃时，将器皿取出放置到干燥器里，在高温箱形电炉内高温灼烧后，在温度降低至200-300℃的时候，要将器皿取出放入干燥器，以防止吸收空气中的水分，降到室温的时候称重并记录重量为m0，本实施例中，干燥器里面放入硅胶或者五氧化二磷，作为干燥剂；
（2）待测物预处理：称取待测物料放于干燥的器皿内，本实施例中，物料称取的量要适中，通常选取1~2g，既可以保证物料能被充分氧化的同时要避免物料过少而造成误差增大，将待测物料连同器皿一并放入真空干燥箱内干燥，保持温度在120℃-150℃，干燥时间在2-3h，干燥结束后待温度降至室温，取出称量器皿和物料质量和，记录为m1。
（3）待测物处理：将称重结束的器皿和物料在温度800℃-1000℃环境下灼烧，本实施例中，灼烧采用高温箱形电炉，灼烧时间2-3小时，物料在灼烧过程中要求保持高温箱形电炉炉门有微小空隙，可保证物料能充分接触到空气，能氧化彻底，灼烧完成后，待温度降至200-300℃，取出放入干燥器内，在物料高温灼烧后，在温度降低至200-300℃的时候，要将物料取出放入干燥器，以防止吸收空气中的水分，冷却至室温，并称重记录为m2，本实施例中，步骤1和步骤3中灼烧温度、灼烧时间以及取出温度的设定要求一致；
（4）碳含量计算：采用下述公式计算物料中的含碳量：
其中，m0为（1）步骤中空器皿的重量，m1为（2）步骤中干燥后物料与器皿的总重，m2为（3）步骤中灼烧后物料与器皿的总重。
本发明中，灼烧时的磷酸铁锂反应的具体过程如式（1-1）反应，每单位摩尔没有进行碳包覆的磷酸铁锂LiFePO4氧化后将增重1/4 O2的重量，增重百分含量为5.07%，即增加了的左端1/4 O2的重量除以磷酸铁锂的分子量157.6，
(1-1)
含碳的磷酸铁锂在空气中加热氧化如式（1-2）：
其含碳量计算如式（1-3）：
虽然纯相磷酸铁锂中没有直接加入碳源，但是由于前躯体制备过程有有机物的混入，因此存在一定的裂解碳，其含量计算如式（1-2），即实际的增重量由于碳的烧失会减轻，但是经实践证明，其影响很小，可以忽略不及。
下面结合实施例对本发明的测定方法做进一步的说明。
实施例一
（1）将洗干净的瓷舟放入高温箱形电炉内，在800℃下灼烧2h，然后降温至200℃，将瓷舟转移到干燥器内，待冷却至室温，称重并记录m0=17.6269g。
（2）将1g的物料平铺在灼烧后的瓷舟内，放入真空干燥箱内，在120℃情况下干燥2h，待降温冷却至室温，称瓷舟与干燥后物料的总重记录为m1= 18.5616g；
（3）将步骤2中干燥过的瓷舟和物料放入高温箱形电炉内，在800℃下灼烧2h，然后降温至200℃，将瓷舟转移到干燥器内，待冷却至室温，称重并记录m2= 18.5795g；
（4）根据称重结果，按照公示计算碳元素的质量分数，其中m0为空瓷舟的重量，m1为干燥后物料与瓷舟的总重，m2为灼烧后物料与瓷舟的总重。
本实例中，m0=17.6269g，m1= 18.5616g，m2= 18.5795g ，C含量%=3.1549%，即碳含量的重量百分比为3.1549%。
实施例二
（1）将洗干净的瓷舟放入高温箱形电炉内，在1000℃下灼烧2h，然后降温至200℃，将瓷舟转移到干燥器内，待冷却至室温，称重并记录m0=18.3056g；
（2）将1.2g的物料平铺在灼烧后的瓷舟内，放入真空干燥箱内，在150℃情况下干燥2h，待降温冷却至室温，称瓷舟与干燥后物料的总重记录为m1=19.472g；
（3）将步骤2中干燥过的瓷舟和物料放入高温箱形电炉内，在1000℃下灼烧2h，然后降温至200℃，将瓷舟转移到干燥器内，待冷却至室温，称重并记录m2=19.505g；
（4）根据称重结果，按照公示计算碳元素的质量分数，其中m0为空瓷舟的重量，m1为干燥后物料与瓷舟的总重，m2为灼烧后物料与瓷舟的总重。
本实例中，m0=18.3056g，m1=19.472g，m2=19.505g，C含量%=2.2408%。
试样中的碳含量测定后，用碳硫分析仪进行比对，发现实际偏差小于0.005，符合碳硫分析仪的偏差标准，因此使用本发明的方法可准确定量的测定其中碳的含量。
通过本发明的方法可以准确的测定出碳包覆磷酸铁锂中碳的含量，对前体制备过程中有机或者无机碳源的加入量起到一定的指导作用。与其他方法相比，本方法操作简单、测试成本低、测试过程中耗材消耗少，在一般条件的实验环境均可以进行测试，且测试的精确度高。
Claims (9)
1.一种磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：
（1）器皿处理：将干净的器皿在800℃-1000℃的温度灼烧至恒重，降温到200℃-300℃时，将器皿取出放置到干燥器里，降到室温的时候称重并记录重量为m0；
（2）待测物预处理：称取待测物料放于干燥的器皿内，一并放入真空干燥箱内干燥，温度在120℃-150℃，时间在2-3h，干燥结束后待温度降至室温，取出称量器皿和物料质量和，记录为m1；
（3）待测物处理：将称重结束的器皿和物料在温度800℃-1000℃环境下灼烧，时间2-3小时，待温度降至200-300℃，取出放入干燥器内，冷却至室温，并称重记录为m2；
（4）碳含量计算：采用下述公式计算物料中的含碳量：
其中，m0为（1）步骤中空器皿的重量，m1为（2）步骤中干燥后物料与器皿的总重，m2为（3）步骤中灼烧后物料与器皿的总重。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的器皿采用瓷舟。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的步骤1中对器皿进行高温处理时，将器皿置于高温箱形电炉内进行处理。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的步骤1中干燥器里面放入硅胶或者五氧化二磷。
5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的物料称取的量要适中。
6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的物料灼烧过程中要求保持炉门有微小空隙。
7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的步骤1和步骤3中灼烧温度、灼烧时间以及取出温度的设定一致。
8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的器皿灼烧时间为1-2个小时。
9.根据权利要求1所述的磷酸铁锂中碳含量的测定方法，其特征是：所述的步骤3中的灼烧采用高温箱形电炉。
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