[发明专利]一种锂离子电池正极材料内镍含量的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料内的镍含量的测试方法。

背景技术

锂离子电池是在锂电池基础上的新型二次电池，具有储能密度高、能量效率高、循环寿命长、自放电率小、工作温度范围宽等优点。1980年，Goodenough首次研究了可以将钴酸锂作为锂离子电池正极材料的可能性，1990年，日本索尼公司发布首个商用型以钴酸锂作为正极材料的锂离子电池。经过数十年的发展，目前现有技术中开发的正极材料包括锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂等三元化合物以及新开发出的如镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等更加多元的化合物。在现代锂离子电池领域，应用最广泛的正极材料主要为钴酸锂（LCO）、镍钴锰酸锂（NCM）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、镍钴铝酸锂（NCA）。镍钴锰酸锂（以下简称NCM）材料以相对廉价的镍元素取代了钴酸锂中三分之二以上的钴元素，在成本方面的优势非常明显，与其他锂离子电池正极材料相比，其电化学性能和加工性能并无明显差异，而且由其制成的锂离子电池阳极电化学性能稳定、循环性能好、能量密度高、具有较高的安全性，被视为取代第一代锂离子电池正极材料的理想之选。

正极材料是锂离子电池最关键的组成之一，其结构及组成应尽可能不发生任何变化，以保证电池整体的良好循环性能及批量产品的一致性。在此前提下，理化检测的结果对正极材料的研发和品质检测就显得尤为重要。研发以及品质检测中需准确对正极材料中所含有的镍元素进行定量测试，目前采用的方法主要为吸光光度法，即溶解待测正极材料后测试待测液的吸光度，然后通过吸光度结合公式计算得到待测液中镍元素的含量。然而在实际测试过程中发现，利用吸光光度法测试得到的镍元素含量并不准确，原因在于正极材料中往往包含有其他杂质元素，如NCM材料中含有Mn、Co、Fe、AL等干扰元素，均会对测试液中镍元素的显色产生颜色背景干扰，从而影响吸光光度法的测试结果，使得最终结果不准确。

针对吸光光度法显色干扰的问题，许多研究者提出利用化学分析的方法取代仪器分析，即利用滴定的方法来检测镍元素含量。上述化学分析的方法尽管从理论上看是最为严谨准确的，但是在实际操作中，由于正极材料组成复杂，其溶解后的颜色本身就较深，测试液滴定的最终显色为棕色，在滴定剂过量后并不明显，凭借测试人员肉眼观察难以以统一的标准断定最后的滴定终点，不同的化验分析员对终点辩色不一致，从而导致不同人员测试的结果均不相同，造成人为偏差，与吸光光度法的测试结果相类似，均不能被采信。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种能够克服分光光度法和化学滴定法在测试锂离子电池正极材料内镍含量的过程中存在偏差的问题，从而能够获得准确的正极材料内镍元素含量的数值。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的锂离子电池正极材料内镍含量的测试方法，包括如下步骤：

S01：称取待测锂离子电池正极材料，加酸溶解，得到测试液；

S02：向S01中测试液加入浓硝酸和强氧化剂，反应后过滤得到滤液和二氧化锰沉淀；

S03：向S02中滤液添加掩蔽剂，然后添加二甲基乙二醛肟，搅拌均匀使反应完全；

S04：过滤S03中反应混合液，得到滤液和二甲基乙醛肟镍沉淀，清洗沉淀后烘干至恒重；

S05：根据得到的二甲基乙醛肟镍沉淀质量换算镍元素含量。

与现有技术中的分光光度法以及滴定法不同，本发明中使用的是沉淀法来计算镍元素的含量。首先利用强氧化剂在酸性气氛下将锰元素氧化为固态的二氧化锰，从而形成黑色沉淀过滤去除，然后利用掩蔽剂使铁、铝元素形成可溶性络合物盐，避免对后续沉淀过程造成影响，最后添加二甲基乙二醛肟，形成二甲基乙醛肟镍沉淀，利用得到的二甲基乙醛肟镍沉淀来换算镍元素的含量。本发明中的方法有效避免了多种显色金属离子的存在对镍元素的测试分析所造成的困扰，无论正极材料溶化后颜色呈现何种状态，使用本发明中的方法都能够准确得到镍元素含量。

进一步地，本发明中提供的锂离子电池正极材料内镍含量的测试方法，包括如下步骤：

S01：称取待测锂离子电池正极材料，加酸溶解，加热蒸发定容；

S02：向S01中制得的测试液内加入浓硝酸，所述浓硝酸添加量为测试液体积的2-3倍，加热至煮沸，然后分次加入过量氯酸钾或者氯酸钠，搅拌均匀，反应完全后过滤，得到滤液和二氧化锰沉淀；