【实验方案】锂电正极材料含量测定
2024-03-2163过去,服装、家具、家电等“老三样”大量出口、走俏海外。如今,新能源汽车、锂电池、光伏产品等外贸“新三样”扬帆出海、叫响全球。作为“新三样”之一的锂电池,一直备受关注,关于其研究也在持续更新。
锂离子电池使用一个嵌入的锂化合物作为电极材料。目前常见的锂离子电池的正极材料有:锂钴氧化物(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)及磷酸铁锂(LiFePO4)。
镍钴锰离子含量直接影响正极材料的性质,因此测定其含量具有重要意义。本文使用T960全自动滴定仪测定锂电材料中镍钴锰离子含量。
实验方案
镍钴锰总量的测定
1、测样
移取10 mL试液A于滴定杯中,依次加入10 mL PH=10的缓冲溶液,5 mL 20%盐酸羟胺溶液和1 mLCu-EDTA 溶液,混合完毕后用0.1 mol/L 的 EDTA 二钠标准溶液滴定。本次实验使用的是铜离子电极作为指示电极,Ag/AgCl 电极作为参比电极。
2、试剂配置
(1)试剂A:称取1 g左右样品放入烧杯中,加入1+1 的盐酸 10 mL,放在加热板上加热,加热温度为300 ℃,加热至煮沸且样品完全溶解为止,放置冷却。冷却至室温后转入100 mL容量瓶中,并用纯水清洗定容至100 mL备用。(后同)
(2)PH=10缓冲溶液配置:称取54 g氯化铵溶于200 mL水中,加入350 mL氨水,以水稀释至 1 L。
(3)20%盐酸羟胺溶液配置:称取20 g盐酸羟胺固体于烧杯中,加入80 mL纯水,搅拌至完全溶解。
(4)Cu-EDTA 溶液的配置:
①称取0.6355 g电解铜粉于250 mL烧杯中,加入10 mL去离子水,沿烧杯壁缓慢加入10 mL(1+1)硝酸,低温加热至完全溶解,蒸至Z小体积,加20 mL纯水煮沸,煮沸后冷却至室温并定容至250 mL容量瓶中。
②称取3.7224 g乙二胺四乙酸二钠,加 100 mL 水溶解后用纯水定容至250 mL容量瓶中。
③分别移取①和②中两个试剂各20 mL于烧杯中混合均匀备用。
镍钴锰总量测试结果如下:
样品编号 | 进样体积(mL) | V滴定(mL) | CEDTA (mol/mL) | C镍钴锰总量(mol/g) | C均值(mol/g) |
样品4-1 | 10 | 6.756 | 0.1 | 0.0164 | 0.0161 |
样品4-2 | 10 | 6.649 | 0.0162 | ||
样品4-3 | 10 | 6.472 | 0.0158 |
滴定图谱
钴离子含量的测定
1、测样
移取5 mL试剂A与滴定杯中,加入35 mL氯化铵-柠檬酸铵-氨水缓冲溶液,混合均匀后加入10 mL铁氰酸钾溶液,混合完毕后用钴离子滴定剂滴定。本次实验使用的是复合氧化还原电极。
2、试剂配置
(1)氯化铵-柠檬酸铵-氨水缓冲溶液的配置:使用 300 g/L柠檬酸铵、250 g/L硫酸铵及氨水,体积比例为 10:5:14,混合均匀后备用。
(2)铁氰化钾溶液的配置:称取13.2 g铁氰化钾溶于适量水中,用水定容至1000 mL棕色容量瓶中,摇匀备用,该溶液铁氰化钾浓度约为 0.04 mol/L。
(3)钴滴定剂的配置:称取2 g左右三氧化二钴于250 mL烧杯中,加入120 mL 1:1 的硝酸,加热溶解搅拌30 min,后加入 1:1 硫酸40-45 mL,蒸发至剩少许,过滤定容至1000 mL容量瓶中,摇匀备用。
钴离子含量测试如下:
序号 | 进样体积(mL) | V空白(mL) | V滴定(mL) | V铁氰酸钾(mL) | C钴离子 (mol/g) | W钴离子(%) | C均值(mol/g) |
4-1 | 5 | 16.787 | 16.049 | 0.440 | 0.000856 | 5.052 | 0.000872 |
4-2 | 5 | 16.021 | 0.456 | 0.000889 | 5.243 |
滴定图谱
锰离子的测定
1、测样
移取试剂A 5 mL于滴定杯中,加入饱和焦磷酸钠溶液50 mL,混合均匀后测试PH值,若不在 6-7范围内使用硫酸或氨水将PH调至6-7后,用 0.01 mol/L高锰酸钾滴定剂开始滴定。本次实验使用的是复合氧化还原电极。
2、试剂配置
(1)高锰酸钾滴定剂:购买有证的0.1 mol/L高锰酸钾滴定剂,稀释十倍。
(2)焦磷酸钠饱和溶液:在 250 mL烧杯中倒入过量的焦磷酸钠固体,加入纯水搅拌至不能溶解,过滤收集其液体部分,存放备用。
锰离子含量测试如下:
样品 编号 | 进样体积(mL) | V滴定 (mL) | 高锰酸钾浓度(mol/L) | C锰离子 (mol/g) | W锰离子(%) | C均值(mol/g) |
样品 4-1 | 10 | 0.617 | 0.01 | 0.00120 | 6.609 | 0.00120 |
样品 4-2 | 10 | 0.613 | 0.00119 | 6.566 | ||
样品 4-3 | 10 | 0.612 | 0.00119 | 6.556 |
滴定图谱
综上所述,镍钻锰离子含量分别为:
镍 | 钴 | 锰 |
82.966 % | 5.148 % | 6.577 % |
结论
本实验通过T960全自动滴定仪测定锂电材料中镍、钴、锰离子含量,其含量分别为:82.966 %、5.148 %、6.577 %。使用仪器判断减少了人工误差,大大提高了实验的精度。电位滴定法是检测该类样品含量的不错选择。