CN104483305B - 一种磷酸铁锂碳含量的测定方法 - Google Patents

一种磷酸铁锂碳含量的测定方法 Download PDF

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一种磷酸铁锂碳含量的测定方法，包括以下步骤：1）测定各元素含量、2）确定三价铁离子和二价铁离子的含量、3）、碳元素含量计算。本发明，不用配套相应的碳硫分析仪等测试设备或测试方式，只要对三价铁离子和二价铁离子采用充放电电化学性能，并通过简单计算就可以得到碳含量数值，其误差率在千分之2.5内，并且简单，有效、可行。

Description

一种磷酸铁锂碳含量的测定方法
技术领域
本发明涉及锂电池正极材料技术领域，尤其是关于三价铁离子制作的磷酸铁锂中的碳含量的测定方法。
背景技术
磷酸铁锂的分子式是LiFePO4 ，我们知道磷酸铁锂中有锂、铁、磷、氧、碳，及其它微量元素，微量元素不及0.02%（特殊添加除外），已知的测量磷酸铁锂中碳含量的方法是借助碳硫分析仪或其他方法来进行测定的，我们在做碳含量测定设备碳硫分析仪调研时，曾经取德国南方化学生产的磷酸铁锂、台湾立凯生产的磷酸铁锂和石墨碳负极(纯碳)三种材料，来测试含碳量。结果存在的问题是石墨的含碳量测不了，含量太高。德国南方化学的磷酸铁锂，含碳量在70%或90%，台湾立凯的磷酸铁锂碳含量在1.3%或1.7%，从而发现碳硫分析仪测试碳含量并不是很准确，而且越好的磷酸铁锂越是测不出来。 因此在实际工作中发现本专利这种方法，能使其误差率控制在千分之几之内，而且不需要额外的测量。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂碳含量的测定方法，是根据磷酸铁锂中各元素化合价中和为零的原理，不用借助碳硫分析仪等测试设备或其他测试方法，只要通过简单计算就可以得到碳含量的精确数值。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种磷酸铁锂碳含量的测定方法，包括以下步骤：1）测定各元素含量、2）确定三价铁离子和二价铁离子的含量、3）、碳元素含量计算；其特征在于：
1）、测定各元素含量：磷酸铁锂的分子式是LiFePO4 ，磷酸铁锂里有锂、铁、磷、氧、碳，及其微量元素，微量元素不及0.02%，用已知的电感耦合离子光谱分析仪测量出锂、铁、磷、三种元素的重量百分比含量，化合价锂是+1价，铁是+2价或+3价，磷是+5价；磷酸铁锂的分子式可拆分为½Li2O，½P2O5，FeO，确定了锂、磷及相应的氧的含量；
2）、确定三价铁离子和二价铁离子的含量：从磷酸铁锂的电化学性能判定二、三价铁离子含量：涉及到的铁元素有两个化合价：三价铁离子和二价铁离子，而形成磷酸铁锂的是二价铁离子，只有二价铁离子形成磷酸铁锂晶体，进而有了充放电的电化学性能，没有形成磷酸铁锂的是三价铁离子，采用标准的0.1C来测定磷酸铁锂的充放电的活性，我们就知道了磷酸铁锂的克容量，放电的克容量反映的是磷酸铁锂形成的磷酸铁锂晶体，也就是相应的二价铁离子，具体计算为：用放电克容量除以磷酸铁锂的理论容量170mAh/g，所得的比值就是铁元素中二价铁离子的含量，总数减掉二价铁的含量就是三价铁的含量，确定二、三价铁，就可以确定相应的氧含量；
3）、碳元素含量计算：根据分子式½Li2O、½P2O5、FeO、Fe2O3，结合测试出的锂、磷、二价铁、三价铁各元素的重量百分比含量，计算出各元素相对应的氧元素的重量百分比含量，用100%减去锂、铁、磷、氧各元素的含量，余下的就是碳元素的含量。
本发明，不用配套相应的碳硫分析仪等测试设备或测试方式，只要对三价铁离子和二价铁离子采用充放电电化学性能，并通过简单计算就可以得到碳含量数值，其误差率在千分之2.5内，并且简单，有效、可行。
实施例1：
以100克磷酸铁锂为基本单位，磷酸铁锂的理论比容量为170mAh/g
河南帝隆科技发展有限公司的公布数据:
磷酸铁锂的元素重量百分比含量 Li4.2、Fe 33.5、P 19.2、C 2.5 材料的电化学性能 ：首次放电130（mAh/g）；
锂形成Li2O固化氧量 4.2（Li含量）/6.941（Li原子量）/2（是Li2O的摩尔量）*15.9994（O原子量） =4.841；
磷形成P2O5 固化氧量 19.2（P含量）/30.9738（P原子量）/2（是P2O5的摩尔量）*15.9994（O分子量）*5（氧原子数）=24.791；
铁的化合价分布根据首次放电130，磷酸铁锂的理论容量170 mAh/g，知道有活性的二价铁为130/170=0.765余下的0.235为三价铁计算铁固化氧 、二价铁形成FeO固化氧量0.765*33.5（Fe含量）/55.847（Fe原子量）*1（是FeO的摩尔量）*15.9994（O原子量）=7.342，三家铁形成Fe2O3固化氧量 0.235*33.5（Fe含量）/55.847（Fe原子量）/2（是Fe2O3的摩尔量）*15.9994（O原子量）*3（氧原子数）=3.38。理论计算碳含量为100-4.2-33.5-19.2-4.841-24.791-7.342-3.38=2.746，而厂家公布的测试数据为2.5，0.246里面的误差为微量元素及厂家没有测出的碳，误差在千分之2.5。
实施例2：
江西省金锂科技有限公司
K24型磷酸铁锂
理化指标
磷酸铁锂的元素重量百分比含量 Li4.3、Fe 34、P 19.5、C 1.8 材料的电化学性能 ：首次放电157（mAh/g）；
锂形成Li2O固化氧量 4.3（Li含量）/6.941（Li原子量）/2（是Li2O的摩尔量）*15.9994（O原子量）=4.956；
磷形成P2O5 固化氧量 19.5（P含量）/30.9738（P原子量）/2（是P2O5的摩尔量）*15.9994（O分子量）*5（氧原子数）=25.182；
铁的化合价分布根据首次放电157，磷酸铁锂的理论容量170 mAh/g，知道有活性的二价铁为157/170=0.924余下的0.076为三价铁计算铁固化氧、二价铁形成FeO固化氧量、0.924*34（Fe含量）/55.847（Fe原子量）*1（是FeO的摩尔量）*15.9994（O原子量）=9，三价铁形成Fe2O3固化氧量 0.076*34（Fe含量）/55.847（Fe原子量）/2（是Fe2O3的摩尔量）*15.9994（O原子量）*3（氧原子数）=1.11
理论计算碳含量为100-4.3-34-19.5-4.956-25.182-9-1.11=1.952，而厂家公布的测试数据为1.8 ，0.152里面的误差为微量元素及厂家没有测出的碳，误差在千分之1.5。
所以此计算方法，有效、可行。
此方法同样适用于制作磷酸铁锂的铁源是零价铁源或二价铁源,就是在做确定铁的化合价时是采用相对应的氧的含量，同样适用上面总数减去已知即可。

Claims (1)

1.一种磷酸铁锂中碳含量的测定方法，包括以下步骤：1）测定各元素含量、2）确定三价铁和二价铁的含量、3）、碳元素含量计算；其特征在于：
1）、测定各元素含量：磷酸铁锂的分子式是LiFePO4 ，磷酸铁锂有锂、铁、磷、氧、碳及其它微量元素，微量元素含量不及0.02%，用已知的电感耦合等离子体光谱分析仪测量出锂、铁、磷三种元素的重量百分比含量，化合价锂是+1价，铁是+2价或+3价，磷是+5价；磷酸铁锂的分子式拆分为½Li2O，½P2O5，FeO，确定了锂、磷及相应的氧的含量；
2）、确定三价铁和二价铁的含量：从磷酸铁锂的电化学性能判定二、三价铁含量：涉及到的铁元素有两个化合价：三价和二价，而形成磷酸铁锂的是二价铁，只有二价铁形成磷酸铁锂晶体，进而有了充放电的电化学性能，没有形成磷酸铁锂的是三价铁，采用标准的0.1C来测定磷酸铁锂的充放电的活性，我们就知道了磷酸铁锂的克容量，用首次放电克容量除以磷酸铁锂的理论容量170mAh/g，所得的比值就是铁元素中二价铁的含量比，铁元素总含量减掉二价铁的含量就是三价铁的含量，确定二、三价铁，就可以确定相应的氧含量；
3）、碳元素含量计算：根据分子式½Li2O、½P2O5、FeO、Fe2O3，结合测试出的锂、磷、二价铁、三价铁的重量百分比含量，计算出相对应的氧元素的重量百分比含量，用100%减去锂、铁、磷、氧各元素的含量，余下的就是碳元素的含量。
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