[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料內(nèi)鎳含量的測試方法

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• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107300510A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉玉梅;陳輝;宋華杰;李艷;陳進英;許影;趙勤;吳華忠;邢進賢
• 申請（專利權）人: 深圳市比克動力電池有限公司
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 鄧義華,王瑋

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料內(nèi)的鎳含量的測試方法。

背景技術

鋰離子電池是在鋰電池基礎上的新型二次電池，具有儲能密度高、能量效率高、循環(huán)壽命長、自放電率小、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。1980年，Goodenough首次研究了可以將鈷酸鋰作為鋰離子電池正極材料的可能性，1990年，日本索尼公司發(fā)布首個商用型以鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電池。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，目前現(xiàn)有技術中開發(fā)的正極材料包括錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等三元化合物以及新開發(fā)出的如鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等更加多元的化合物。在現(xiàn)代鋰離子電池領域，應用最廣泛的正極材料主要為鈷酸鋰（LCO）、鎳鈷錳酸鋰（NCM）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA）。鎳鈷錳酸鋰（以下簡稱NCM）材料以相對廉價的鎳元素取代了鈷酸鋰中三分之二以上的鈷元素，在成本方面的優(yōu)勢非常明顯，與其他鋰離子電池正極材料相比，其電化學性能和加工性能并無明顯差異，而且由其制成的鋰離子電池陽極電化學性能穩(wěn)定、循環(huán)性能好、能量密度高、具有較高的安全性，被視為取代第一代鋰離子電池正極材料的理想之選。

正極材料是鋰離子電池最關鍵的組成之一，其結構及組成應盡可能不發(fā)生任何變化，以保證電池整體的良好循環(huán)性能及批量產(chǎn)品的一致性。在此前提下，理化檢測的結果對正極材料的研發(fā)和品質(zhì)檢測就顯得尤為重要。研發(fā)以及品質(zhì)檢測中需準確對正極材料中所含有的鎳元素進行定量測試，目前采用的方法主要為吸光光度法，即溶解待測正極材料后測試待測液的吸光度，然后通過吸光度結合公式計算得到待測液中鎳元素的含量。然而在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)，利用吸光光度法測試得到的鎳元素含量并不準確，原因在于正極材料中往往包含有其他雜質(zhì)元素，如NCM材料中含有Mn、Co、Fe、AL等干擾元素，均會對測試液中鎳元素的顯色產(chǎn)生顏色背景干擾，從而影響吸光光度法的測試結果，使得最終結果不準確。

針對吸光光度法顯色干擾的問題，許多研究者提出利用化學分析的方法取代儀器分析，即利用滴定的方法來檢測鎳元素含量。上述化學分析的方法盡管從理論上看是最為嚴謹準確的，但是在實際操作中，由于正極材料組成復雜，其溶解后的顏色本身就較深，測試液滴定的最終顯色為棕色，在滴定劑過量后并不明顯，憑借測試人員肉眼觀察難以以統(tǒng)一的標準斷定最后的滴定終點，不同的化驗分析員對終點辯色不一致，從而導致不同人員測試的結果均不相同，造成人為偏差，與吸光光度法的測試結果相類似，均不能被采信。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決所述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種能夠克服分光光度法和化學滴定法在測試鋰離子電池正極材料內(nèi)鎳含量的過程中存在偏差的問題，從而能夠獲得準確的正極材料內(nèi)鎳元素含量的數(shù)值。

本發(fā)明所要達到的技術效果通過以下方案實現(xiàn)：

本發(fā)明中提供的鋰離子電池正極材料內(nèi)鎳含量的測試方法，包括如下步驟：

S01：稱取待測鋰離子電池正極材料，加酸溶解，得到測試液；

S02：向S01中測試液加入濃硝酸和強氧化劑，反應后過濾得到濾液和二氧化錳沉淀；

S03：向S02中濾液添加掩蔽劑，然后添加二甲基乙二醛肟，攪拌均勻使反應完全；

S04：過濾S03中反應混合液，得到濾液和二甲基乙醛肟鎳沉淀，清洗沉淀后烘干至恒重；

S05：根據(jù)得到的二甲基乙醛肟鎳沉淀質(zhì)量換算鎳元素含量。

與現(xiàn)有技術中的分光光度法以及滴定法不同，本發(fā)明中使用的是沉淀法來計算鎳元素的含量。首先利用強氧化劑在酸性氣氛下將錳元素氧化為固態(tài)的二氧化錳，從而形成黑色沉淀過濾去除，然后利用掩蔽劑使鐵、鋁元素形成可溶性絡合物鹽，避免對后續(xù)沉淀過程造成影響，最后添加二甲基乙二醛肟，形成二甲基乙醛肟鎳沉淀，利用得到的二甲基乙醛肟鎳沉淀來換算鎳元素的含量。本發(fā)明中的方法有效避免了多種顯色金屬離子的存在對鎳元素的測試分析所造成的困擾，無論正極材料溶化后顏色呈現(xiàn)何種狀態(tài)，使用本發(fā)明中的方法都能夠準確得到鎳元素含量。

進一步地，本發(fā)明中提供的鋰離子電池正極材料內(nèi)鎳含量的測試方法，包括如下步驟：

S01：稱取待測鋰離子電池正極材料，加酸溶解，加熱蒸發(fā)定容；

S02：向S01中制得的測試液內(nèi)加入濃硝酸，所述濃硝酸添加量為測試液體積的2-3倍，加熱至煮沸，然后分次加入過量氯酸鉀或者氯酸鈉，攪拌均勻，反應完全后過濾，得到濾液和二氧化錳沉淀；