[發明專利]磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測定方法

有效

• 申請號: 201610150030.X
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105845993B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 唐姣君;王哲;董曉利
• 申請（專利權）人: 蕪湖天弋能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42
• 代理公司: 福州市博深專利事務所(普通合伙)35214
• 代理人: 林志崢

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，具體的說是磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測定方法。

背景技術

隨著鋰離子電池的發展，商業化多年的LiCoO₂已經由于價格和毒性危害等缺點漸漸受到應有的“冷落”，人們開始尋求這種材料的替代產品。磷酸鐵鋰作為一種重要的正極材料應運而生，在消費類、車能和動力電池領域得到了廣泛的應用。目前磷酸鐵鋰的工藝路線分為固相和液相法兩類，其中固相法主要以磷酸鐵工藝、三氧化二鐵工藝、草酸亞鐵工藝，而幾種工藝都需要使用碳來將磷酸鐵鋰顆粒的電子導電率低的特性進行改善，同時碳源還能確保材料中的二價鐵不變成對磷酸鐵鋰材料電性能危害性極大的三價鐵，且固相法工藝中的草酸亞鐵工藝的磷酸鐵工藝和三氧化二鐵(鐵紅)工藝都是需要將三價鐵采用碳熱還原成目標的二價鐵，但是目前工藝的最終成品中碳含量需要通過輔助設備測試碳含量，操作上比較復雜且需要有成品實物才能進行測試且不排除測試精度差，易受測試溫度和時間的影響；另外不同工藝方法生產的產品碳含量大小的要求容忍度和極限碳含量有著比較明顯的區別，且不同碳源產生的成品碳的顆粒度，表面狀態及結晶狀態對材料電性能影響有著明顯的區別。因此，這些問題都對材料的規模化應用和材料—性能的直接反饋設計有著一定程度限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種反應前即可確定終產物碳含量的磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測定方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測定方法，包括如下步驟：

步驟1、在550～750℃，純度為99.6％～99.99％、流量為100～1000mL/min的氮氣作為保護氣體，爐壓0.1～0.8MPa條件下將碳源熱分解以測定碳源的成炭率Y；

步驟2、由步驟1得到的成炭率Y計算磷酸鐵鋰成品中的碳的質量分數，計算公式為：

其中，m₁為生產中投入的三價鐵源化合物的質量，m₂為生產中投入的步驟1中成炭率為Y的碳源的質量，X為化學反應式

Fe³⁺+XC→Fe²⁺+CO_X

中的參與反應的碳的化學計量數，所述的化學反應式的反應條件如下：燒結溫度550～750℃，燒結時間10～24h，純度為99.6％～99.99％、流量為100～1000ml/min的氮氣作為保護氣體，爐壓0.1～0.8MPa。

本發明的有益效果在于：本發明為磷酸鐵鋰電極材料提供了反應前即可確定終產物碳含量的測定方法，只需要測定相同反應條件下碳源的成炭率，在設計端就可以進行碳含量的精確計算，其終產物碳含量最終真實值(通過現有的碳硫分析儀測試表征)與本發明計算值絕對誤差≤0.5％，免去了需要到反應結束得到終產物才能通過輔助設備測定碳含量的復雜操作過程，該方法可給材料設計生產帶來便利，也免去了材料設計之初多次實驗驗證批次穩定性帶來的成本浪費。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。

本發明最關鍵的構思在于：通過研究一定條件下制備磷酸鐵鋰電極材料反應產物與終產物之間的關系，只需要先測定碳源在相同反應條件下的成炭率，由質量守恒定律，在反應前即可確定終產物碳含量。

本發明提供一種磷酸鐵鋰電極材料的碳含量測定方法，包括如下步驟：

步驟1、在550～750℃，純度為99.6％～99.99％、流量為100～1000mL/min的氮氣作為保護氣體，爐壓0.1～0.8MPa條件下將碳源熱分解以測定碳源的成炭率Y；

步驟2、由步驟1得到的成炭率Y計算磷酸鐵鋰成品中的碳的質量分數，計算公式為：

其中，m₁為生產中投入的三價鐵源化合物的質量，m₂為生產中投入的步驟1中成炭率為Y的碳源的質量，X為化學反應式

Fe³⁺+XC→Fe²⁺+CO_X

中的參與反應的碳的化學計量數，所述的化學反應式的反應條件如下：燒結溫度550～750℃，燒結時間10～24h，純度為99.6％～99.99％、流量為100～1000mL/min的氮氣作為保護氣體，爐壓0.1～0.8MPa。

所述的成炭率為在550～750℃、純度為99.6％～99.99％氮氣保護條件下將碳源熱分解得到的炭的質量與參加反應的碳源質量的百分比。