硅碳负极碳含量如何检测?

2024-06-24 14:45
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硅碳负极是一种锂离子电池的负极材料,它是通过将纳米硅和石墨材料混合制备而成的。硅碳负极具有较高的比容量和良好的导电性能,因此被广泛应用于锂离子电池领域。

硅碳负极的制备过程中,将纳米硅粉末与石墨材料混合,通过热处理等工艺制备成硅碳负极材料。硅碳负极的优点在于,硅材料具有较高的理论比容量,可以达到4200mAh/g,远高于石墨负极的372mAh/g。同时,碳材料的加入可以改善硅材料的导电性能,缓解硅材料在充放电过程中发生的体积变化,保持电极结构的完整性。因此,硅碳负极具有较高的能量密度和良好的循环性能。

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碳作为负极材料的主要组成部分,提供了良好的导电性和稳定的结构。碳材料还具有良好的循环稳定性和较低的体积膨胀率,这有助于缓解硅材料在充放电过程中发生的体积变化,保持电极结构的完整性。硫掺杂可以增加碳材料的储锂活性位点,这有助于提高材料的电化学性能。其次,硫原子对周围碳原子的电荷状态的影响可能有助于提高材料的电子导电性。因此,精准检测其碳、硫元素,对生产过程中产品质量控制有着重要的意义。

高频红外碳硫仪工作原理高频振荡器发生高频震荡,交变的磁场产生磁质损耗,试样产生涡流热效应,在富氧的环境下燃烧,使试样中的碳和硫发生反应生成 CO,CO 2和 SO2 并释放出来,由载气送到红外检测系统进行检测。由于这三种气体对红外光有特定波长的吸收,所以在特定红外波长下,吸收值与气体含量浓度间的关系符合朗伯-比尔定律,测定被吸收后的红外光强度,将光信号转化为电信号,就可以得到气体的浓度,通过电脑显示曲线和数值。
       目前使用碳硫仪测试碳、硫元素的含量是行业内的主流方法。本文采用高频红外碳硫仪检测,对某锂电企业的4组硅碳负极材料样品进行碳元素分析,测试结果准确、稳定性高,仪器操作便捷,完全可以胜任于该客户正极材料中碳和硫含量检测与分析。(如对下图所列碳硫仪、氧氮氢分析仪感兴趣可联系:18502066696)图片

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实验仪器及试剂


1.1   高频红外碳硫分析仪
1.2   陶瓷坩埚(碳硫仪用)若干;
1.3   电子分析天平(精确到0.0001g);
1.4   工业纯氮气(动力气)、氧气(99.5 %);
1.5   钨助熔剂和碳硫标样;
1.6   吸水剂(高氯酸镁)和二氧化碳吸收剂(碱石灰)。
如有更多仪器耗材和标样需求请见下图:


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仪器参数设置

表1 高频红外碳硫分析仪工作参数

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实验步骤


3.1 碳硫分析过程
   准确称取0.0100g-0.0200g(精确到0.0001g)试样于陶瓷坩埚中,分析天平自动读取重量后,加入约1.8g钨助熔剂,置于仪器坩埚托上,通氧燃烧测试。

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实验数据


4.1 碳测试数据

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4.2 样品测试释放曲线

样品1
碳释放曲线:                 
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样品2
碳释放曲线:                 
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样品3

碳释放曲线:                 
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样品4

碳释放曲线:                 
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结论

    根据本次4组样品结果释放曲线与客户提供的样品实际数据对比可知:测试结果准确、重现性好,数据稳定。因此,采用高频红外碳硫仪在试验方法、仪器精密度和稳定性上,均能很好地满足该硅碳负极材料企业中碳元素和硫元素日常检测需求。