【摘要】 锂离子电池正极材料的残余碱含量对其性能和稳定性有重要影响。

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锂离子电池正极材料的残余碱含量对其性能和稳定性有重要影响。残余碱含量过高可能导致电池性能下降，甚至引发安全问题。因此，准确测量正极材料中的残余碱含量对于锂离子电池的生产和质量控制至关重要。

正极材料种类-图片源自网络

 

电位滴定仪是一种常用的化学分析仪器，可以用于测量样品中的化学物质含量。在锂离子电池正极材料检测中，电位滴定仪可以用来测量残余碱含量。电位滴定法是一种基于电位变化的滴定分析方法，通过测量滴定过程中电位的变化来确定滴定终点，从而计算样品中目标物质的含量。在测量锂离子电池正极材料中的残余碱含量时，电位滴定仪通常使用酸性溶液作为滴定剂，将正极材料中的碱性物质中和，同时记录电位变化。当电位变化达到预设的终点电位时，滴定结束。通过计算滴定过程中消耗的滴定剂体积，可以推算出正极材料中的残余碱含量。

 

电位滴定仪具有测量准确、操作简便、自动化程度高等优点，因此在锂离子电池正极材料检测中得到了广泛应用。然而，电位滴定法也存在一些局限性，如对于某些复杂样品可能无法准确测量，且滴定过程中可能受到其他离子的干扰。因此，在使用电位滴定仪测量锂离子电池正极材料中的残余碱含量时，需要注意选择合适的滴定剂和滴定条件，并尽可能避免干扰因素的影响。

 

除了电位滴定法外，还有其他方法可以用于测量锂离子电池正极材料中的残余碱含量，如酸碱指示剂法、气相色谱法等。这些方法各有优缺点，可以根据具体需求和实验条件选择合适的方法进行测量。

 

电位滴定仪-图片源自网络

 

测试概念

残余碱:指锂离子电池正极材料表面附着的氢氧化锂和碳酸锂,将其量全部折合为碳酸锂则为残余碱。

残余锂:指残余碱中的锂。

 

正极材料表面杂质碱含量-图片源自网络

 

测试原理

锂离子电池正极材料中的残余碱以氢氧化锂(LiOH)和碳酸锂(Li2CO3)等形式存在,残余碱可溶于水,而正极材料不溶于水,因此通过正极材料与水混合后再分离的方法,将正极材料表面附着的残余碱提取到水中。

氢氧化锂是碱、碳酸锂是强碱弱酸盐,均可以被盐酸滴定,在电位滴定时有明显的突跃点。氢氧化锂、碳酸锂混合溶液在滴定过程中发生两步反应,出现两个突跃点,第一突跃点对应的反应为OH-+H+=H20、CO32-+H+=HCO3-;第二突跃点对应的反应为HCO 3 +H+=H2CO3。测试中,选择pH≈8为第一突跃点、pH≈5为第二突跃点,因此反应至溶液pH≤3即可停止滴定。突跃点选择的原理是:第一突跃点为氢氧根碳酸根反应,EpH=-lg(Ka 1 Ka 2) 1/2=8.35、第二突跃点为碳酸氢根反应,EpH=-lg(Ka 1 c) 1/2=3.9(按碳酸饱和计),实际测试中碳酸浓度不饱和,因此第二突跃点在EpH≈44~5。

 

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测试资料

锂离子电池正极材料合成的常用锂源为氢氧化锂或碳酸理,在制备过程中通常采用较高的锂配比,反应后残余碱以氢氧化锂(LiOH)和碳酸锂(Li2CO3)等形式存在,对材料的生能和电池制备工艺有着重要的影响。材料中LiOH、Li2CO3含量高时,制浆时粘度大,将影响材料的的加工性能;与此同时,LiOH、Li2CO3含量过高时制成的电池在高温存储时容易出现鼓胀现象从而导致材料容量下降和安全问题,因此要严格控制正极材料中残余碱的含量。

残余碱含量测定范围(质量分数)是0.001%~2.10%。

 

参考文献

  • 王志伟, 李伟善. 锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 电源技术, 2007, 31(10): 846-849.

  • 刘志宏, 张文波, 李华. 电位滴定法测定锂离子电池正极材料中的残余碱含量[J]. 电池, 2011, 41(5): 265-267.

  • 王子铭, 张密林, 张洪杰. 锂离子电池正极材料中的杂质对其性能的影响[J]. 电池工业, 2008, 13(1): 53-56.

 

分析测试实验室

 

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