一种电池级碳酸锂行业用工业碳酸钠中纤维物的测定方法

祁国英,武占海,祁国娟,张君贤,贺 明

(1. 青海盐湖蓝科锂业股份有限公司,青海 格尔木 816000;2.青海盐湖镁业有限公司,青海 格尔木 816000;3.格尔木工业园管理委员会,青海 格尔木 816000)

1 前言

电池级碳酸锂作为锂离子电池正极材料的重要原材料之一,广泛应用于电子设备及电动车等领域。碳酸钠作为电池级碳酸锂的主要原料,对碳酸锂的品质有一定的影响,目前在碳酸锂生产中,还无法彻底做到纤维物除杂,纤维物引入正极材料中,锂离子电池极片涂布时会影响极片的表面光滑度,降低锂电极片涂布膜的质量和均匀性,也会导致电池内部短路,缩短电池的使用寿命。因此,碳酸钠中纤维物的检测不可忽视。随着检测技术不断升级及下游厂家要求越来越严苛,开发一种高效率的检测方法变得尤为重要。

该方法将采用JOMESA HFD4清洁度自动分析仪检测物料中纤维物,该仪器主要通过其利用光电联用技术,实现快速颗粒计数和材质分析。同时,该仪器还可以自动调整对比度和亮度等参数,能够更准确地检测样品表面的纤维物数量及形貌,从而通过形貌观察,辨别纤维物引入源,减少生产线上纤维物引入。

2 JOMESA HFD4清洁度自动分析仪测定碳酸锂中纤维物

2.1 方法提要

取1 kg碳酸钠,用0.038 5 mm标准筛网过水筛,待碳酸钠全部溶解后,将剩余筛上物转移至1 000 mL烧杯中,加入硝酸超声分散2 min后并用5 μm滤膜抽滤,干燥箱烘干后对滤膜制片,并在JOMESA HFD4清洁度自动分析仪中进行检测。

2.2 试剂

去离子水,上海和泰仪器有限公司Medium-QE300;硝酸,国药集团化学试剂有限公司,GR。

2.3 器材

实验器材如表1。

表1 实验器材Tab.1 Experimental instruments

2.4 试样

1.000 0 kg盐湖电池级碳酸锂行业用工业碳酸钠。

2.5 样品预处理

(1)将清洗干净的无纤维物的φ 500 cm/0.038 5 mm的标准筛网放置到水池上方;

(2)称取(1 000±10) g碳酸钠,待用;

(3)实验室水龙头连接长约40 cm乳胶管(方便冲洗筛网边缘位置)。调整水流大小,不宜过大,用手感觉水流无明显的冲力为止;

(4)将(2)步骤称量好的碳酸钠分三次倒入标准筛网,用水冲洗至观察筛上物料不再减少为止。注意可分多次倒入,避免碳酸钠样品太多筛网孔被堵住,物料冲不下去,操作过程需缓慢进行,防止水从筛网边缘溢出而损失部分筛上物;

(5)将筛上物用装满纯净水的洗瓶冲洗转移至1 000 mL烧杯中,并加入20 mL硝酸,将烧杯放置于超声清洗器内超声2.0 min(使用保鲜膜封口),待用;

(6)抽滤瓶使用前抽滤杯应冲洗干净,用镊子取出一片5 μm水系滤膜纸放在砂芯上,打开真空泵,放好抽滤杯,并用夹子夹住,防止滤杯倾倒;

(7)将(5)烧杯中溶液轻晃摇匀后转移至抽滤瓶中,用洗瓶冲洗烧杯壁以及烧杯底部,直至烧杯内筛上物完全冲洗至抽滤杯中,再用洗瓶对抽滤杯冲洗三遍,保证烧杯中纤维物全部被冲洗到滤膜上;

(8)关闭真空泵,将表面附有纤维物的滤膜缓慢平移至洁净度载物盒中,然后将载物盒放入烘箱内,60 ℃干燥20±2 min,不可抽真空。注意将滤膜转移至烘箱整个过程中要慢速轻拿轻放,防止纤维物被波动的气流吹走,抽真空可能会将质量轻又细小的纤维物抽到烘箱空间里而流失;

(9)用酒精擦拭载物片,保证其干净,将烘干后滤纸使用镊子缓慢平移到垫有滤膜垫纸的洁净度仪载物片中,保证转移后的滤膜的边缘不能超出垫纸的黑圈边缘,且滤膜平整无褶皱,然后扣紧透明载物片上盖,标记为“试样1”,待检测;

(10)重复以上步骤,膜片标记为“试样2”,作为对照组。

2.6 空白样品预处理

(1)用等量的实验室RO水冲洗空白筛网,筛网φ 500 cm/0.038 5 mm;

(2)用洗瓶将筛上物冲洗至1 000 mL烧杯中,加入20 mL硝酸后,将烧杯放置于超声清洗器内超声2.0 min(使用保鲜膜封口),待用;

(3)抽滤瓶使用前抽滤杯应冲洗干净,用镊子取出一片5 μm水系滤膜纸放在砂芯上,打开真空泵,放好抽滤杯,并用夹子夹住,防止滤杯倾倒;

(4)将(2)中溶液轻晃摇匀后转移至抽滤瓶中,用洗瓶冲洗烧杯壁以及烧杯底部,直至烧杯内筛上物完全冲洗至抽滤杯中,再用洗瓶对抽滤杯冲洗三遍,保证烧杯中纤维物全部被冲洗到滤膜上;

(5)关闭真空泵,将表面附有纤维物的滤膜缓慢平移至洁净度载物盒中,然后将载物盒放入烘箱内,60 ℃干燥20±2 min,不可抽真空。注意将滤膜转移至烘箱整个过程中要慢速轻拿轻放,防止纤维物被波动的气流吹走;抽真空可能会将质量轻又细小的纤维物抽到烘箱空间里而流失;

(6)用酒精擦拭载物片,保证其干净,将烘干后滤纸使用镊子缓慢平移到垫有滤膜垫纸的洁净度仪载物片中,保证转移后的滤膜的边缘不能超出垫纸的黑圈边缘,且滤膜平整无褶皱,然后扣紧透明载物片上盖,标记为“空白”,待检测。

2.7 测定过程

(1)打开PicEd Cora软件,导入参数,并用标准模块进行校准,校准通过后,方可进行下一步骤,见表2。

表2 标准模块测试结果Tab.2 Test results of standard module

(2)选择样品块扫描参数,并将2.5中(9)、(10)和2.6中(6)中制备好的载物片依次安装在JOMESA HFD4清洁度自动分析仪载物台上,进行检测,表3为仪器设置参数。

表3 仪器设置参数Tab.3 Setting parameters of instrument

(3)仪器进行扫描识别并自动进行清洁度分析。

3 实验结果与分析

文章采用2个碳酸钠样本对照组和一个空白进行测试,经过光学显微镜对膜片进行拍摄扫描及图像分析、计算机图像处理,结果见表4和图1。

图1 纤维物形貌Fig.1 Morphology of fiber

表4 检测结果Tab.4 Detection result

从表4和图1中可以看出,该方法可有效检出碳酸钠中纤维物的数量、形貌及颜色,空白样本的中纤维物检测结果为“0 pcs/kg”。试样1中纤维物为“27 pcs/kg”,试样2中纤维物为“32 pcs/kg”。

上述实验结果表明,方法中提出的检测方法具有较高的检测准确性和可行性,可以很好地解决电池级碳酸锂行业用工业碳酸钠中纤维物的检测问题。

4 结论

文章提出了一种利用JOMESA HFD4清洁度自动分析仪检测电池级碳酸锂行业用工业碳酸钠纤维物检测方法,该方法将碳酸钠粉体中纤维物使用筛分法提取到滤膜上,仪器利用高清晰度的显微镜对样品进行扫描,记录下其中的颗粒、残留物和沉积物等信息,再通过JOMESA软件进行数据分析,根据分析的结果,确定膜片表面颗粒物数量和分布情况。

该方法还有一些问题需要持续研究改善,如碳酸钠为粉体的样品,均一性较差,为了检测具有代表性,用于样品检测的损耗费量较大。另外,研究过程中发现,该方法对环境清洁度要求较高,需要配置较高的实验室才能达到理论的检测效果。

总之,该方法对碳酸钠检测纤维物数量仍然有可取之处,为碳酸钠中纤维物的管控能够起到一定的指导作用。