余斌

摘? 要：本文針對(duì)鋰電池采取的石墨負(fù)極開展純度檢測(cè)，將α-Al2O3作為參照物，實(shí)驗(yàn)方法為：X射線衍射法，借助其衍射所得K值，以此判定石墨負(fù)極含量，作為其純度的分析基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)石墨衍射峰大小為2θ=26.57度，α-Al2O3衍射峰大小為2θ=35.15度，即K=20.58，此數(shù)值可認(rèn)定為石墨負(fù)極材料純度，并且與實(shí)際純度具有高度相似性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為90.33%，實(shí)際純度為90%，偏差僅為0.33%。由此發(fā)現(xiàn)：純度檢測(cè)方法，具有簡(jiǎn)易流程，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)較短，測(cè)定結(jié)果精準(zhǔn)性較高，順應(yīng)于石墨材料質(zhì)檢相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞：樣品? 儀器? 鋰電池? 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM911? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（c）-0054-03

Abstract： In this paper， the purity of graphite anodes used in lithium batteries is tested， and α-Al2O3 is used as a reference. The experimental method is： X-ray diffraction method， with the help of the K value obtained by diffraction， to determine the content of graphite anodes as an analysis of its purity basis. The experimental results are as follows： when the graphite diffraction peak size is 2θ=26.57 degrees， and the α-Al2O3 diffraction peak size is 2θ=35.15 degrees， that is， K=20.58， this value can be regarded as the purity of the graphite anode material， and it is highly similar to the actual purity， the experimental result is 90.33%， the actual purity is 90%， and the deviation is only 0.33%. It was found that the purity detection method has a simple process， the test duration is shorter， and the measurement result is more accurate， which is in compliance with the relevant requirements of graphite material quality inspection.

Key Words： Sample; Instrument; Lithium battery; Detection

1? 石墨負(fù)極材料純度檢測(cè)必要性

鋰電池石墨負(fù)極材料的應(yīng)用，基于其具有多重特殊性質(zhì)：導(dǎo)電性，石墨導(dǎo)電性高于非金屬礦至少100倍，為鋰電池提供良好的應(yīng)用性能;導(dǎo)熱性，石墨負(fù)極材料的導(dǎo)熱性強(qiáng)于鋼鐵等金屬元素，甚至在較高溫度條件下，石墨成為絕熱物質(zhì)，為鋰電池應(yīng)用提供良好的耐熱性能;石墨負(fù)極材料的熔點(diǎn)平均值為3850℃，沸點(diǎn)在4000℃以上，在高溫狀態(tài)下，電能損失較小，熱膨脹系數(shù)相應(yīng)不大，為鋰電池的應(yīng)用提供穩(wěn)定性;石墨負(fù)極材料的化學(xué)穩(wěn)定性極佳，在酸、堿、有機(jī)溶劑中，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，增強(qiáng)了鋰電池的相應(yīng)性能;石墨負(fù)極材料的可塑性極佳，用于鋰電池中，具有便利性。鑒于石墨負(fù)極材料的多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，由此發(fā)現(xiàn)：開展鋰電池石墨負(fù)極材料純度檢測(cè)，具有重要意義。如若鋰電池中石墨負(fù)極材料的含量不足，影響其應(yīng)用效能，不利于其廣泛流傳。為此，開展石墨負(fù)極材料的純度檢測(cè)，為其配置相適宜的質(zhì)檢流程，促進(jìn)此程序規(guī)?；l(fā)展，提升鋰電池的質(zhì)量保障能力，減少危險(xiǎn)因素存在[1]。

2? 實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的儀器包括：X射線衍射儀，此儀器中的X射線，具有一定穿透力，用于檢查鋰電池內(nèi)部所含有的石墨負(fù)極材料，具有良好的應(yīng)用效果;電子天平，此設(shè)備具有良好的稱量能力，兼具自檢系統(tǒng)、自主校準(zhǔn)等裝置，保障其測(cè)量精準(zhǔn)度;行星球磨機(jī)，作為高新技術(shù)材料的基礎(chǔ)性裝飾，用于微顆粒實(shí)驗(yàn)研究中，研究中選擇此設(shè)備時(shí)，以油封靜音規(guī)格為首選，減少實(shí)驗(yàn)室噪音污染;超聲波清洗機(jī)，具有良好的應(yīng)用效果，清洗能力極佳，操作便利，減少實(shí)驗(yàn)殘留物質(zhì)帶來的諸多影響，提升實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察效果;高純石墨，指含碳量高于濃度為99.99%的石墨，以此提升實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度;炭黑，是一種含碳物質(zhì);α-Al2O3作為實(shí)驗(yàn)參照物。

2.2 樣品準(zhǔn)備

樣品準(zhǔn)備工作：樣品配比為9：1，分別稱取高純石墨、炭黑;將稱取好的兩種物質(zhì)，充分混合，制成石墨樣品，純度至少為90%;設(shè)定石墨樣品為C-90%。

2.3 純度測(cè)定

強(qiáng)度測(cè)定方法：高純石墨、α-Al2O3稱取相同質(zhì)量;稱取相同質(zhì)量的無水乙醇，保持三種材料質(zhì)量一致;將三種材料放置于球磨罐中，借助超聲技術(shù)，將其均勻混合;將超聲處理完成的均勻物質(zhì)，逐一放置于行星球磨機(jī)中，將三種材料加以混合;混合完成，將混合物采取烘干處理，在真空環(huán)境中設(shè)定溫度為60℃;將混合物采取XRD測(cè)試技術(shù)，獲取相應(yīng)的衍射圖譜;借助Highscore分析軟件，開展計(jì)算與分析;在分析軟件中，可觀察石墨、α-Al2O3兩種材料所具有的目標(biāo)特征，繼而獲得兩種材料衍射峰強(qiáng)度，代入公式①，計(jì)算兩種材料的強(qiáng)度數(shù)值，此數(shù)值設(shè)定為K值。

純度計(jì)算方式：實(shí)驗(yàn)樣品選定為C-90%、無水乙醇、α-Al2O3;稱取方式，三種樣品質(zhì)量選擇具有一致性;并依據(jù)強(qiáng)度測(cè)定流程，重新實(shí)驗(yàn);強(qiáng)度流程中采取的實(shí)驗(yàn)方法，包括材料均勻、混合、球磨與烘干;在借助強(qiáng)度流程分析方式，獲取C-90%、α-Al2O3兩種材料的衍射峰強(qiáng)度值;將計(jì)算結(jié)果代入公式①中，計(jì)算樣品C-90%、參照物α-Al2O3兩種材料所含有的石墨含量;將含量代入公式②，計(jì)算石墨純度。

公式①：K=（Cs/Cx）×（Ix/Is）;公式②：C=Cx×（m1+m2）/m1。公式中C表示待測(cè)樣品C-90%鈦酸鋰含量占比，單位%;Cx表示混合物質(zhì)中待測(cè)鈦酸鋰含量占比，單位%;Cs表示混合物質(zhì)中α-Al2O3含量占比，單位%;Ix表示混合物質(zhì)中，待測(cè)鈦酸鋰元素的衍射積分，單位%;Is表示混合物質(zhì)中，α-Al2O3衍射積分，單位%;K表示鈦酸鋰與Is的比值;m1表示待測(cè)物質(zhì)C-90%重量，單位g;m2表示α-Al2O3物質(zhì)重量，單位g。

3? 討論

將C-90%（待測(cè)）、α-Al2O3（參照）兩種材料，采用XRD測(cè)試方法予以確定其晶型結(jié)構(gòu)，掃描范圍為[5，85]，度。參照物質(zhì)α-Al2O3獲取的XRD譜圖，相比Al2O3的XRD譜圖，具有特征一致性，即2θ=35.15度。C-90%構(gòu)建的XRD譜圖，圖中2θ=26.57度。此譜圖峰衍射強(qiáng)度較高，并未發(fā)生重疊效應(yīng)，因此待測(cè)與參照兩種物質(zhì)的XRD譜圖，可認(rèn)定為目標(biāo)特征峰[2]。

在純度測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)流程重復(fù)6次，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制混合物XRD圖譜。依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中確定的石墨、α-Al2O3兩種物質(zhì)的目標(biāo)峰值為2θ=26.57度、2θ=35.15度。借助Highscore分析軟件，開展擬合計(jì)算，將數(shù)值2θ=26.57度、2θ=35.15度分別代入公式①中，分別開展6次測(cè)試，獲取α-Al2O3參比強(qiáng)度值，即K1=20.33，K2=20.51，K3=20.69，K4=20.45，K5=20.52，K6=20.98，計(jì)算6個(gè)K值總和，即K合=123.48，K合/6=K平均值=20.58，于是獲得K平均值為20.58。

在純度測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)流程重復(fù)四次，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制衍射圖譜。借助Highscore分析軟件，開展擬合計(jì)算，將數(shù)值2θ=26.57度、2θ=35.15度分別代入公式①中，以此計(jì)算C-90%（待測(cè)）、α-Al2O3（參照）兩種材料中石墨占比情況，再依據(jù)公式②計(jì)算，獲得4次石墨含量純度，即：Q1=88.73%、Q2=91.91%、Q3=89.27%、Q4=91.44%，4組計(jì)算結(jié)果相對(duì)標(biāo)差為1.69%，平均值為：90.33%。在4次實(shí)驗(yàn)中，石墨含量指數(shù)中，Q值最大為91.44%，最小為88.73%，含量浮動(dòng)為2.71%。由此說明：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)測(cè)量石墨含量的精準(zhǔn)程度較高。平均純度數(shù)值與C-90%實(shí)際純度具有相似性，其實(shí)際純度為90%。由此發(fā)現(xiàn)：純度檢測(cè)方式可作為檢測(cè)石墨純度方式，測(cè)定結(jié)果具有精準(zhǔn)性[3]。

4? 發(fā)展趨勢(shì)

負(fù)極材料的發(fā)展趨勢(shì)，鋰電池石墨負(fù)極材料具有較低效率的首次循環(huán)庫侖，要求較高的充放電應(yīng)用平臺(tái)，且存在穩(wěn)定性不佳問題，難以取代碳材料的應(yīng)用。然而，石墨烯可作為優(yōu)異材料，融合于鋰電池復(fù)合電極材料，以此發(fā)揮其更多應(yīng)用效能，提升鋰電池石墨負(fù)極材料的應(yīng)用范圍。復(fù)合材料有：石墨烯、天然高純石墨、碳納米管等，借助石墨烯內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，提升復(fù)合材料的力學(xué)屬性，增強(qiáng)其應(yīng)用性能。與此同時(shí)，復(fù)合石墨負(fù)極材料具有較大的間距，為儲(chǔ)存鋰元素提供更多可能性。

5? 結(jié)語

綜上所述，以α-Al2O3為參照物質(zhì)，開展石墨負(fù)極材料純度的測(cè)定試驗(yàn)。在設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件中，獲取K平均值為20.58，相對(duì)標(biāo)差為1.69%。此實(shí)驗(yàn)流程通俗易懂，測(cè)試流程精簡(jiǎn)，測(cè)定數(shù)據(jù)具有精準(zhǔn)性，適用于石墨負(fù)極材料純度檢測(cè)相關(guān)工作，為鋰電池提供精準(zhǔn)高效的質(zhì)檢流程，促進(jìn)其質(zhì)量獲得良好保障，發(fā)揮鋰電池的應(yīng)用效能，減少危險(xiǎn)事件發(fā)生。

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