一種電池級(jí)碳酸鋰行業(yè)用工業(yè)碳酸鈉中纖維物的測(cè)定方法

祁國(guó)英,武占海,祁國(guó)娟,張君賢,賀 明

(1. 青海鹽湖藍(lán)科鋰業(yè)股份有限公司,青海 格爾木 816000;2.青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000;3.格爾木工業(yè)園管理委員會(huì),青海 格爾木 816000)

1 前言

電池級(jí)碳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的重要原材料之一,廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備及電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域。碳酸鈉作為電池級(jí)碳酸鋰的主要原料,對(duì)碳酸鋰的品質(zhì)有一定的影響,目前在碳酸鋰生產(chǎn)中,還無(wú)法徹底做到纖維物除雜,纖維物引入正極材料中,鋰離子電池極片涂布時(shí)會(huì)影響極片的表面光滑度,降低鋰電極片涂布膜的質(zhì)量和均勻性,也會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,縮短電池的使用壽命。因此,碳酸鈉中纖維物的檢測(cè)不可忽視。隨著檢測(cè)技術(shù)不斷升級(jí)及下游廠家要求越來(lái)越嚴(yán)苛,開(kāi)發(fā)一種高效率的檢測(cè)方法變得尤為重要。

該方法將采用JOMESA HFD4清潔度自動(dòng)分析儀檢測(cè)物料中纖維物,該儀器主要通過(guò)其利用光電聯(lián)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)快速顆粒計(jì)數(shù)和材質(zhì)分析。同時(shí),該儀器還可以自動(dòng)調(diào)整對(duì)比度和亮度等參數(shù),能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)樣品表面的纖維物數(shù)量及形貌,從而通過(guò)形貌觀察,辨別纖維物引入源,減少生產(chǎn)線上纖維物引入。

2 JOMESA HFD4清潔度自動(dòng)分析儀測(cè)定碳酸鋰中纖維物

2.1 方法提要

取1 kg碳酸鈉,用0.038 5 mm標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)過(guò)水篩,待碳酸鈉全部溶解后,將剩余篩上物轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中,加入硝酸超聲分散2 min后并用5 μm濾膜抽濾,干燥箱烘干后對(duì)濾膜制片,并在JOMESA HFD4清潔度自動(dòng)分析儀中進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 試劑

去離子水,上海和泰儀器有限公司Medium-QE300;硝酸,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,GR。

2.3 器材

實(shí)驗(yàn)器材如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)器材Tab.1 Experimental instruments

2.4 試樣

1.000 0 kg鹽湖電池級(jí)碳酸鋰行業(yè)用工業(yè)碳酸鈉。

2.5 樣品預(yù)處理

(1)將清洗干凈的無(wú)纖維物的φ 500 cm/0.038 5 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)放置到水池上方;

(2)稱取(1 000±10) g碳酸鈉,待用;

(3)實(shí)驗(yàn)室水龍頭連接長(zhǎng)約40 cm乳膠管(方便沖洗篩網(wǎng)邊緣位置)。調(diào)整水流大小,不宜過(guò)大,用手感覺(jué)水流無(wú)明顯的沖力為止;

(4)將(2)步驟稱量好的碳酸鈉分三次倒入標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng),用水沖洗至觀察篩上物料不再減少為止。注意可分多次倒入,避免碳酸鈉樣品太多篩網(wǎng)孔被堵住,物料沖不下去,操作過(guò)程需緩慢進(jìn)行,防止水從篩網(wǎng)邊緣溢出而損失部分篩上物;

(5)將篩上物用裝滿純凈水的洗瓶沖洗轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中,并加入20 mL硝酸,將燒杯放置于超聲清洗器內(nèi)超聲2.0 min(使用保鮮膜封口),待用;

(6)抽濾瓶使用前抽濾杯應(yīng)沖洗干凈,用鑷子取出一片5 μm水系濾膜紙放在砂芯上,打開(kāi)真空泵,放好抽濾杯,并用夾子夾住,防止濾杯傾倒;

(7)將(5)燒杯中溶液輕晃搖勻后轉(zhuǎn)移至抽濾瓶中,用洗瓶沖洗燒杯壁以及燒杯底部,直至燒杯內(nèi)篩上物完全沖洗至抽濾杯中,再用洗瓶對(duì)抽濾杯沖洗三遍,保證燒杯中纖維物全部被沖洗到濾膜上;

(8)關(guān)閉真空泵,將表面附有纖維物的濾膜緩慢平移至潔凈度載物盒中,然后將載物盒放入烘箱內(nèi),60 ℃干燥20±2 min,不可抽真空。注意將濾膜轉(zhuǎn)移至烘箱整個(gè)過(guò)程中要慢速輕拿輕放,防止纖維物被波動(dòng)的氣流吹走,抽真空可能會(huì)將質(zhì)量輕又細(xì)小的纖維物抽到烘箱空間里而流失;

(9)用酒精擦拭載物片,保證其干凈,將烘干后濾紙使用鑷子緩慢平移到墊有濾膜墊紙的潔凈度儀載物片中,保證轉(zhuǎn)移后的濾膜的邊緣不能超出墊紙的黑圈邊緣,且濾膜平整無(wú)褶皺,然后扣緊透明載物片上蓋,標(biāo)記為“試樣1”,待檢測(cè);

(10)重復(fù)以上步驟,膜片標(biāo)記為“試樣2”,作為對(duì)照組。

2.6 空白樣品預(yù)處理

(1)用等量的實(shí)驗(yàn)室RO水沖洗空白篩網(wǎng),篩網(wǎng)φ 500 cm/0.038 5 mm;

(2)用洗瓶將篩上物沖洗至1 000 mL燒杯中,加入20 mL硝酸后,將燒杯放置于超聲清洗器內(nèi)超聲2.0 min(使用保鮮膜封口),待用;

(3)抽濾瓶使用前抽濾杯應(yīng)沖洗干凈,用鑷子取出一片5 μm水系濾膜紙放在砂芯上,打開(kāi)真空泵,放好抽濾杯,并用夾子夾住,防止濾杯傾倒;

(4)將(2)中溶液輕晃搖勻后轉(zhuǎn)移至抽濾瓶中,用洗瓶沖洗燒杯壁以及燒杯底部,直至燒杯內(nèi)篩上物完全沖洗至抽濾杯中,再用洗瓶對(duì)抽濾杯沖洗三遍,保證燒杯中纖維物全部被沖洗到濾膜上;

(5)關(guān)閉真空泵,將表面附有纖維物的濾膜緩慢平移至潔凈度載物盒中,然后將載物盒放入烘箱內(nèi),60 ℃干燥20±2 min,不可抽真空。注意將濾膜轉(zhuǎn)移至烘箱整個(gè)過(guò)程中要慢速輕拿輕放,防止纖維物被波動(dòng)的氣流吹走;抽真空可能會(huì)將質(zhì)量輕又細(xì)小的纖維物抽到烘箱空間里而流失;

(6)用酒精擦拭載物片,保證其干凈,將烘干后濾紙使用鑷子緩慢平移到墊有濾膜墊紙的潔凈度儀載物片中,保證轉(zhuǎn)移后的濾膜的邊緣不能超出墊紙的黑圈邊緣,且濾膜平整無(wú)褶皺,然后扣緊透明載物片上蓋,標(biāo)記為“空白”,待檢測(cè)。

2.7 測(cè)定過(guò)程

(1)打開(kāi)PicEd Cora軟件,導(dǎo)入?yún)?shù),并用標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)通過(guò)后,方可進(jìn)行下一步驟,見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)模塊測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of standard module

(2)選擇樣品塊掃描參數(shù),并將2.5中(9)、(10)和2.6中(6)中制備好的載物片依次安裝在JOMESA HFD4清潔度自動(dòng)分析儀載物臺(tái)上,進(jìn)行檢測(cè),表3為儀器設(shè)置參數(shù)。

表3 儀器設(shè)置參數(shù)Tab.3 Setting parameters of instrument

(3)儀器進(jìn)行掃描識(shí)別并自動(dòng)進(jìn)行清潔度分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

文章采用2個(gè)碳酸鈉樣本對(duì)照組和一個(gè)空白進(jìn)行測(cè)試,經(jīng)過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)膜片進(jìn)行拍攝掃描及圖像分析、計(jì)算機(jī)圖像處理,結(jié)果見(jiàn)表4和圖1。

圖1 纖維物形貌Fig.1 Morphology of fiber

表4 檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Detection result

從表4和圖1中可以看出,該方法可有效檢出碳酸鈉中纖維物的數(shù)量、形貌及顏色,空白樣本的中纖維物檢測(cè)結(jié)果為“0 pcs/kg”。試樣1中纖維物為“27 pcs/kg”,試樣2中纖維物為“32 pcs/kg”。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,方法中提出的檢測(cè)方法具有較高的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可行性,可以很好地解決電池級(jí)碳酸鋰行業(yè)用工業(yè)碳酸鈉中纖維物的檢測(cè)問(wèn)題。

4 結(jié)論

文章提出了一種利用JOMESA HFD4清潔度自動(dòng)分析儀檢測(cè)電池級(jí)碳酸鋰行業(yè)用工業(yè)碳酸鈉纖維物檢測(cè)方法,該方法將碳酸鈉粉體中纖維物使用篩分法提取到濾膜上,儀器利用高清晰度的顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行掃描,記錄下其中的顆粒、殘留物和沉積物等信息,再通過(guò)JOMESA軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,根據(jù)分析的結(jié)果,確定膜片表面顆粒物數(shù)量和分布情況。

該方法還有一些問(wèn)題需要持續(xù)研究改善,如碳酸鈉為粉體的樣品,均一性較差,為了檢測(cè)具有代表性,用于樣品檢測(cè)的損耗費(fèi)量較大。另外,研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該方法對(duì)環(huán)境清潔度要求較高,需要配置較高的實(shí)驗(yàn)室才能達(dá)到理論的檢測(cè)效果。

總之,該方法對(duì)碳酸鈉檢測(cè)纖維物數(shù)量仍然有可取之處,為碳酸鈉中纖維物的管控能夠起到一定的指導(dǎo)作用。