国家标准计划《锂、钠离子电池正极材料检测方法 残余碱含量的测定》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 北京当升材料科技股份有限公司 、蜂巢能源科技股份有限公司 、当升科技(常州)新材料有限公司 、天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 、广东邦普循环科技有限公司 、合肥国轩高科动力能源有限公司 、深圳市德方纳米科技股份有限公司 、巴斯夫杉杉电池材料有限公司 、湖南长远锂科股份有限公司 、江苏当升材料科技有限公司 、中伟新材料股份有限公司 、天津巴莫科技有限责任公司 、万华化学集团股份有限公司 、浙江华友钴业股份有限公司 、格林美(无锡)能源材料有限公司 、湖北万润新能源科技股份有限公司 。
| 77 冶金 |
| 77.160 粉末冶金 |
锂(钠)离子电池用钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、镍铁锰酸钠等正极材料。
一、背景 锂(钠)离子电池因具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点,在小型数码电器、新能源汽车和储能等领域大规模应用。
锂(钠)离子电池正极材料中的残余碱含量会对电池正极制浆工序产生重要影响,其含量过高时,浆料黏度大,且受环境湿度影响变得不稳定,难以涂布。
正极材料中残余碱等杂质直接影响锂(钠)离子电池的一致性、可靠性和安全性,因此建立一套适用于锂(钠)离子电池正极材料中残余碱含量的分析方法标准非常必要。
本文件的修订将为行业内锂(钠)离子电池正极材料中残余碱含量的测试评价提供重要依据,对于提高检测结果的可靠性和可比性、减少供需双方因检测误差造成的商业纠纷、提升锂(钠)离子电池正极材料行业发展水平具有十分重要的作用。
二、修订GB/T 41704-2022并建立锂(钠)离子电池正极材料中残余碱含量测定方法标准的必要性 目前,行业对锂(钠)离子电池正极材料中残余碱含量测试,主要采用酸碱电位滴定方法。
现有方法标准GB/T 41704-2022《锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》基本满足锂离子电池正极材料如钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂等检测需求。
上述类型的锂电正极材料,工艺一般为碳酸锂/氢氧化锂+氧化物或氢氧化物前驱体,高温固相法合成,其残余碱主要以碳酸锂、氢氧化锂形式存在。
对于磷酸铁锂、磷酸锰铁锂样品,其原料除了使用碳酸锂外,还使用了磷酸盐,一般通过研磨-喷雾干燥-烧结工艺合成,过程中除了碳酸锂/氢氧化锂外,极易生成系列具有碱性的磷酸酸根,如磷酸根、磷酸一氢根、磷酸二氢根、焦磷酸根等,因其本身的pKa性质等,在酸碱电位滴定中的突跃点与碳酸根有部分重合,无法准确判断。
若想准确测试磷酸根含量,需进行盐酸正滴后,加热去除二氧化碳,使用氢氧化钠标准溶液返滴,再辅以色谱法等其他方法,区分酸根形式。
磷酸铁锂、磷酸锰铁锂产品,pH值较低,业内不关注残余碱含量,现有标准GB/T 41704-2022《锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》不满足使用需求,应修订其应用范围。
为了降低成本,钠离子电池应运而生,相关钠离子电池正极材料的研发和生产工艺也已逐渐成熟。
目前钠离子电池正极材料主流产品为层状氧化物、聚阴离子化合物等。
以镍铁锰酸钠为代表的层状氧化物钠离子电池正极材料,在水中分散时会发生解离,内部的钠大量溶出,生成氢氧化钠,使得测试结果严重偏离真实值。
业内一般解决方法是,使用乙醇/乙二醇代替水,将残余氢氧化钠溶出而不破坏层状氧化物的结构。
以焦磷酸磷酸铁钠为代表的聚阴离子化合物钠离子电池正极材料的合成过程,原料中可能包含磷酸盐,其残余碱具有与磷酸铁锂、磷酸锰铁锂近似的情况,也需使用盐酸正滴、氢氧化钠返滴进行测定,再辅以色谱等方法区分酸根形式。
目前,层状氧化物钠电正极材料已实现量产,其残余碱含量是供货必测指标,有必要形成测试方法标准;聚阴离子化合物钠电正极材料,合成工艺路线、原料各异,未完全量产,其残余碱含量尚不确定是否作为供货必检指标。
综上所述,提出建立《锂、钠离子电池正极材料检测方法 残余碱含量的测定》标准,统一生产厂家及使用厂家的检测标准,助力锂(钠)离子电池正极材料产品质量管控,提高电池的安全性能,促进行业发展。
一、范围: 本标准规定了正极材料中残余碱含量的测定方法。 本文件适用于正极材料,如钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、锰酸锂、镍铁锰酸钠等材料中残余碱含量的测定。 二、主要技术内容: 本文件的主要技术内容包括:术语和定义、方法原理、试剂、仪器设备、试样、试验步骤、精密度和试验报告。 方法原理: 方法1:使用一定体积的水将一定质量样品表面的残余碱溶解,过滤后取滤液,用盐酸标准滴定溶液进行滴定,通过反应过程中的电位突跃确定滴定终点,计算其含量,通过换算得到残余碱含量及残余锂含量。 方法2:使用一定体积的乙醇/乙二醇将一定质量样品表面的残余碱溶解,过滤后取滤液,用盐酸标准滴定溶液进行滴定,通过反应过程中的电位突跃确定滴定终点,计算其含量,通过换算得到残余碱含量及残余锂含量。 主要修订点: 2.1 写明适用的产品范围,由“锂离子电池正极材料”修订为“锂离子电池正极材料如钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂等、钠离子电池正极材料如镍铁锰酸钠等”。 2.2 删除磁性异物含量测试方法 2.3 更改了方法的原理 2.4 更改了仪器设备 2.5 更改了试剂和材料 2.6 增加镍铁锰酸钠中残余碱含量测试方法