[发明专利]三元正极材料总残留碱含量测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料测试技术领域，具体的，其展示一种三元正极材料总残留碱含量测定方法。

背景技术

三元正极材料由于其具有高比容量以及优异的循环性能得到各电池厂家的广泛应用，尤其是高镍三元材料(如NCM622，NCM811)。而对于各电池厂家来说，三元正极材料表面的总残留碱含量是来料检验的重要指标之一。

正极材料表面的残留碱含量过高会带来诸多的负面影响。其中最为直接的是，过高的残留碱含量会影响涂布，尤其是高镍和富镍三元材料，在匀浆的过程中很容易形成果冻状，这主要是由于正极材料表面的残留碱太高吸水所致。此外，对于高镍和富镍三元材料来说，表面的Li₂CO₃在高压下会分解产生气体，是电池胀气的主要原因，从而带来安全隐患。所以准确测量三元材料表面的总残留碱含量显得尤为重要，总残留碱的含量对于筛选来料以及制定生产工艺具有重要的指导意义。

正极表面的残留碱的主要来源是由于在实际生产过程中锂源在煅烧过程中有一定的挥发，为了弥补损失会在煅烧前的配比中多增加一部分锂源，这会导致在最终产品中有少量的锂残余，在降到室温后吸附空气中的水和CO₂形成LiOH和Li₂CO₃。各个厂家最常见的正极表面残留碱的测试方法，一般是将一定量的正极材料分散于去离子水中，搅拌分散一定时间(一般大于30分钟)，随后过滤得到上层清液，用标定好的稀盐酸进行酸碱滴定，分别用酚酞和甲基橙作为滴定终点的指示剂，得到两个滴定终点，计算得到LiOH和Li₂CO₃(或LiHCO₃)的含量以及总残留碱含量。但这种测定方法得到的残留碱含量与材料表面实际的残留碱含量有一定的偏差，根据文献报道及实验证明，三元材料中的锂在水中分散时会从本体中迁移到材料表面，并在表面形成锂的碱性化合物，正极表面的活性氧阴离子会和水中的CO₂反应而生成碳酸根，继而生成Li₂CO₃；我们也通过实验验证了这一点，从实施例1中可以看出，三个厂家四种不同的三元正极材料，测得总碱含量都随着分散时间的增加而持续增加，且从斜率可以看出，高镍三元材料NCM811中的锂从本体中扩散迁移至材料表面并形成碱性化合物这个过程更容易，这就会导致我们在测量三元正极材料尤其是高镍三元正极材料时，测得的结果比实际残留碱含量高。

因此，有必要提供一种三元正极材料总残留碱含量测定方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的提供一种三元正极材料总残留碱含量测定方法，其基于常规的酸碱滴定的方法，可降低样品准备条件(包括分散时间以及样品的取样量)对实验结果的影响，有效区分正极材料表面的残留碱和在滴定样品准备分散过程中从本体中扩散迁移至材料表面形成的碱性化合物。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

一种三元正极材料总残留碱含量测定方法，包括如下步骤：

1)将三元正极材料置于烧杯中，并加入去离子水；

2)常温下密封搅拌分散；

3)静置过滤得到清液；

4)将过滤得到的清液加热浓缩；

5)用标定过后的稀盐酸进行酸碱滴定，以甲基橙作为滴定终点指示剂，得到滴定终点，并通过滴定终点体积，计算总残留碱含量。

进一步的，步骤1)中三元材料的取样量为分散所需去离子水质量的0.1％-1.0％。

进一步的，步骤2)搅拌分散的时间为1-5分钟。

进一步的，步骤2)搅拌速率为500-1000rpm。

进一步的，步骤4)中，原清液体积为加热浓缩后的体积的5-20倍。

进一步的，步骤5)稀盐酸浓度为0.01-0.05mol/L。

进一步的，三元正极材料为镍钴锰酸锂NCM523、NCM622、NCM811或镍钴铝酸锂NCA。

与现有技术相比，本发明的一种三元正极材料总残留碱含量测定方法，其基于常规的酸碱滴定方法，有效区分正极材料表面的残留碱和在滴定样品准备分散过程中从本体中扩散迁移至材料表面形成的碱性化合物，效率更高，结果更为准确。

附图说明

图1为实施例1中三个电池厂家的四种镍钴锰酸锂三元材料测得的残留碱含量与分散时间的关系图；