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8大数据决定锂电池正极材料质量

2018年02月11日 13:49 次阅读

正极材料的每一次小小的进步,都能给锂离子电池的性能带来巨大的提升,当然,也会给材料加工带来一定的难度。作为锂离子的提供者——正极材料,其种类也是很多的,从磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、到镍钴锰三元材料,从低镍含量的三元材料到高镍含量的三元材料,从NCM到NCA、从常规的材料到高电压的材料、从一次颗粒团聚形成的二次颗粒到大单晶颗粒、从元素分布均一的材料到核壳结构、梯度包覆掺杂的材料……正极材料的每一次小小的进步,都能给锂离子电池的性能带来巨大的提升,当然,也会给材料加工带来一定的难度。本系列将从正极材料的相关检测方法入手,从理论结合实际,带大家初步的了解相关材料的检测方法。今天将对正极材料的检测方法做一个初步的介绍。1、EDS:全称为Energy Dispersive Spectrometer,能谱分析其原理为入射电子使内层电极激发而产生特征X射线,当检测探头接受X射线信号时,将此射线信号转变成电脉冲信号,经放大器放大后通过多道脉冲分析器将脉冲信号编入不同的频道,最后在荧光屏上显示谱线,并进行定性和定量的分析。

通过对三元材料进行EDS分析,就可以得出三种元素的质量比,从而判断出材料的种类。此外,EDS技术也可以进行元素的面分布分析,用扫描观察装置,使电子束在试样上做二维扫描,测量其特征X射线的强度,使与这个强度对应的亮度变化与扫描信号同步在阴极射线管CRT上显示出来,就得到特征X射线强度的二维分布的像,现在在材料的掺杂、包覆均一性的研究上得到了广泛的应用。

从上图中可以看出,通过对不同元素面分布进行分析,可以看出元素的分布状况,这对于材料的制备来说具有很强的指导意义。除此以外,还有XRF(X射线荧光光谱仪),EDX(指的是能量散射型X射线荧光光谱仪,也有人叫EDXRF),所分析的结果也是大同小异,在此不再赘述。2.水分测试:材料中的含水量也是电池制造企业所关注的一个重要指标,关乎着烘干时间的长短以及相关参数的设置,现在普遍都用卡尔费休法进行测试。其原理是仪器的电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样品,水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应,在吡啶和甲醇存在的情况下,生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶,消耗了的碘在阳极电解产生,从而使氧化还原反应不断进行,直至水分全部耗尽为止,依据法拉第电解定律,电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的,其反应如下:

反应完毕后多余的游离碘呈现红棕色,即可确定为到达终点。

3.pH值测试:一般是取少量粉末在去离子水中搅拌一段时间,过滤后测试pH值即可;4.残碱含量测试:如果三元材料的碱性过高,再加工过程中就会带来一定的难度,所以必须控制材料的残碱含量,一般都是采用滴定法进行检验,检验的物质一般是氢氧化锂和碳酸锂,将少量粉末与去离子水混合搅拌一段时间后过滤,然后进行滴定即可,方法简便易行。5.原子吸收分光光度计(AAS):根据物质基态原子蒸汽对特征辐射吸收的作用来进行金属元素分析,它能够灵敏可靠地测定微量或痕量元素。可以对使用前后的锂离子电池正极材料进行分析,确定各个元素的含量,分析元素含量以及金属溶出等等。也可通过ICP-AES方法进行检测,在负极的相关知识介绍中已经表述过,在此不再详细描述了。

6.热分析:1)热重分析(TGA):TGA是在程序控制温度下,测量样品的质量随温度或时间变化而变化的技术,利用此技术可以研究诸如挥发或降解等伴随有质量变化的过程。如果采用TGA-MS或TGA-FTIR的联用技术,还可以对挥发出的气体进行分析,从而得到更加全面和准确的信息。

2)差示扫描量热法(differenTIal scanning calorimetry,DSC),一种热分析法:在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的功率差温度的关系。差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线,它以样品吸热或放热的速率,即热流率dH/dt(单位毫焦/秒)为纵坐标,以温度T或时间t为横坐标,可以测定多种热力学和动力学参数,例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。

3)差热分析法(DTA):是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质(参比物)与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较,未知物的任何化学和物理上的变化,与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较,都要出现暂时的增高或降低。降低表现为吸热反应,增高表现为放热反应。

在实际使用过程中,几种方法往往需要共同使用去检测一个材料的热稳定性能。7.原位测量技术:随着科技的发展,人们开始不满足于只得到材料的最终性能,于是开始探究材料随着温度、电流、时间等参数变化时的结构变化,这就促进了原位技术的发展,这项技术可以更好的看出材料的演变过程以及失效过程,从而促进材料本身的发展和性能的提升。1) 原位X射线显微镜技术:

原位X射线荧光谱技术可以得到较轻元素的分布情况及价态信息。原位X射线显微技术可以对电极材料进行无损显微成像,并同时得到特定元素的分布及价态信息。优势在于它们在进行成像的同时,能够采集到微区的谱学信号(Nat. Commun., 6, 6883 (2015))。

在不同的电流下检测材料本身的相变,从而给电池的实际使用带来一定的指导意义。(Advanced Energy Materials 1600597 (2016))2) 原位X射线吸收谱:可以检测原材料的每个元素在充放电过程中的价态变化,对实际使用也是具有指导意义的。

当然,原位技术不仅仅局限于此,各种电镜、探针原位技术也得到了广泛应用,相关文献报道也比较多,在此就不在多余介绍了。8.材料的电性能测试:这个对于广大锂电同仁来说再熟悉不过了,容量、倍率、高低温、循环、功率、安全等缺一不可,各大企业也有自己的测试标准和测试方法,这里也不做过多介绍。小结:本文主要介绍了正极材料的一些表征手段,需要说明的是,材料的性能是通过综合的测试指标综合分析而来,并不能通过单一的指标去判断一个材料的好坏,相信随着科技的发展,越来越多的先进表征手段也会走出科研机构,走进锂电企业,对于材料本身的认识也会逐渐加深。

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一般来说传统锂电池在-20℃发挥出50%性能就已经算是最优水平,但是今日报道中国科学家研发成功零下7...

发表于 2018-03-01 15:26 102次阅读
科学家研发出-70℃可正常使用的锂电池 外太空使...

为什么说硅碳材料是最有潜力的锂电池负极

新能源汽车领域的日趋火爆,吸引着国内外大量企业前赴后继奔赴“战场”,并不新鲜的锰酸锂技术却似乎又开始...

发表于 2018-02-27 17:49 1266次阅读
为什么说硅碳材料是最有潜力的锂电池负极

如何通过锂电池供电生成3.8V左右电源

发表于 2018-02-27 15:02 816次阅读
如何通过锂电池供电生成3.8V左右电源

锂电池低温性能再突破_锂电池的未来已来

天冷了,原本能量满满的锂电池,容量上都要打一个折扣,锂电池似乎进入了冬眠状态,这给新能源汽车以及数码...

发表于 2018-02-26 19:43 285次阅读
锂电池低温性能再突破_锂电池的未来已来

锂电池行驶续航不给力的原因竟是它_锂电池的几种保...

今年的最强冷空气,陆续“到货”,各种电动产品续航仿佛被“动”住了,RND电动滑板车也不意外出现续航下...

发表于 2018-02-26 19:27 173次阅读
锂电池行驶续航不给力的原因竟是它_锂电池的几种保...

锂电池的发展趋势预测_中国锂电池的八大发展趋势盘...

随着2016年我国新能源车骗补的尘埃落定,2017年新能源汽车于3月份后开始进入加速发展态势,而全球...

发表于 2018-02-26 19:11 346次阅读
锂电池的发展趋势预测_中国锂电池的八大发展趋势盘...

锂电池技术哪家强_中日韩三国争霸谁主沉浮

由于不同类型的锂电池在各方面性能差异很大,市场上锂电池的龙头企业主要来源中日韩三国,各家对锂电池类型...

发表于 2018-02-26 19:03 187次阅读
锂电池技术哪家强_中日韩三国争霸谁主沉浮

锂电池和燃料电池的能量密度瓶颈

对于锂电而言这几个主要的技术指标实际上具有“跷跷板效应”,按起葫芦浮起瓢,某一个指标的提升往往是建立...

发表于 2018-02-26 16:06 197次阅读
锂电池和燃料电池的能量密度瓶颈

石墨烯电池还很远 锂电池需求旺盛使得钴材料被抢购

虽然我们经常看到一些新电池技术的出现,但是想要真正大规模的商用还是太远,换句话说,未来时间里还会是 ...

发表于 2018-02-26 15:59 909次阅读
石墨烯电池还很远 锂电池需求旺盛使得钴材料被抢购

电池技术钴材料需求大增 锂电池依然是主导

新能源汽车的推广和普及进一步拉动了新电池技术的需求。如今巨头纷纷抢购钴材料,锂电池的需求还在持续增长...

发表于 2018-02-26 15:00 222次阅读
电池技术钴材料需求大增 锂电池依然是主导

锂电池与燃料电池比较

本文主要详细对锂电池和燃料电池低温性能以及可靠性上进行比较。低温对锂离子动力电池和PEMFC电堆的影...

发表于 2018-02-26 08:54 320次阅读
锂电池与燃料电池比较

锂电池软包和硬包锂电池的区别介绍

本文开始介绍了锂离子电池结构和锂离子电池工作原理,其次介绍了软包锂电池参数及优缺点,最后阐述了锂电池...

发表于 2018-02-24 16:35 2007次阅读
锂电池软包和硬包锂电池的区别介绍

一种锂电池无尘合浆新工艺优势介绍

笔者开发了一种用于锂电池粉体活性材料的完全无尘清洁合浆技术,并进行了相应的知识产权保护布局。通过在锂...

发表于 2018-02-23 12:49 851次阅读
一种锂电池无尘合浆新工艺优势介绍

25.2V锂电池充电电路图

发表于 2018-02-23 10:53 656次阅读
25.2V锂电池充电电路图

中国锂电池企业前十名都有哪些_中国锂电池企业巨头...

锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼...

发表于 2018-02-23 10:08 5254次阅读
中国锂电池企业前十名都有哪些_中国锂电池企业巨头...

简单解析锂电池负极存在的四大问题

锂离子电池的输出电压等于其正极电压和负极电压的差值,所以,锂离子电池负极的脱嵌锂电压决定了电池的输出...

发表于 2018-02-23 09:45 612次阅读
简单解析锂电池负极存在的四大问题

新能源汽车动力锂电池报废高峰已至

2017年中国新能源汽车累计生产79.4万辆,销售77.2万辆,比上年同期分别增长53.8%和53....

发表于 2018-02-22 22:18 1019次阅读
新能源汽车动力锂电池报废高峰已至

动力电池限制放电深度的三大原因

几乎所有使用锂电池的电动汽车都会规定不能将电池的全部容量用于行驶,总是会留下几千瓦时作为电池的缓冲。...

发表于 2018-02-19 17:20 2212次阅读
动力电池限制放电深度的三大原因

锂电池产业链发展趋势与资本市场投资分析

本文详细介绍了2017锂电产业链和资本市场表现回顾、同时介绍了细分行业的市场,最后对于锂电行业的投资...

发表于 2018-02-19 10:27 2191次阅读
锂电池产业链发展趋势与资本市场投资分析

看看那些被“踢出局”的欧美锂电产业

谈及当今全球锂电产业的基本格局,大家首先想到的是中日韩三足鼎立的战略局面。至于这个基本战略格局是如何...

发表于 2018-02-15 23:33 2492次阅读
看看那些被“踢出局”的欧美锂电产业

受动力电池带动 锂电新三板企业扎堆IPO

2016年中国锂电产业链产值突破2000亿元,同比2015年增长超过40%。其上游矿产、四大关键材料...

发表于 2018-02-14 22:17 3931次阅读
受动力电池带动 锂电新三板企业扎堆IPO

锂电池板块陷入调整 后市有无反弹机会?

昨日,受新能源汽车补贴大幅退坡传闻影响,锂电池板块遭受重挫。盐湖股份、先导智能、创新股份等6只股票跌...

发表于 2018-02-12 16:04 151次阅读
锂电池板块陷入调整 后市有无反弹机会?

固态电池的出现,让锂电池无地自容

目前消费电子行业电池是最大短板,在新技术突飞猛进的今天,电池技术还是停留在之前古老的锂电池上,这让手...

发表于 2018-02-12 11:28 645次阅读
固态电池的出现,让锂电池无地自容

跳出锂电池框架,液态金属电池或“永生”

“技术突破是需要钱的。我们能指望谁呢?即使是像苹果这样的巨头,目前也没在研发自己的电池技术,只是从市...

发表于 2018-02-11 13:54 502次阅读
跳出锂电池框架,液态金属电池或“永生”

哥大研发一款柔性锂电池可实现在可穿戴设备应用,

近年来,随着可穿戴设备的快速发展,对可弯曲的柔性电池的需求也快速增加,各种柔性电池的设计也是层出不穷...

发表于 2018-02-11 13:53 297次阅读
哥大研发一款柔性锂电池可实现在可穿戴设备应用,

美国研发新款锂电池电极 实现电动车“近即时”充电

据外媒报道,马萨诸塞大学阿默斯特分校(又称麻省大学阿默斯特分校,University of Mass...

发表于 2018-02-11 13:50 412次阅读
美国研发新款锂电池电极 实现电动车“近即时”充电

动力电池企业或被淘汰 全国产能利用率只有40%

伴随着国家对动力电池能量密度要求的增高,产品进入市场的门槛同时也被提高,据调查得知,目前动力电池的全...

发表于 2018-02-07 13:43 67次阅读
动力电池企业或被淘汰 全国产能利用率只有40%

6S航模锂电池电压检测和报警器

发表于 2018-02-05 21:45 898次阅读
6S航模锂电池电压检测和报警器

锂电池内阻的建模测量仿真

发表于 2018-01-30 11:00 459次阅读
锂电池内阻的建模测量仿真

锂电池内阻测量的方法及电路设计

发表于 2018-01-30 10:58 411次阅读
锂电池内阻测量的方法及电路设计

锂电池的等效阻抗及测量方法

发表于 2018-01-29 11:14 493次阅读
锂电池的等效阻抗及测量方法

请教一个基于stm32的锂电池电压采集电路

发表于 2018-01-25 17:11 612次阅读
请教一个基于stm32的锂电池电压采集电路