一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质、其制备和应用的制作方法

本发明属于化学标准样品制备，更具体地，涉及一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质、其制备和应用。

背景技术：

1、不依赖石油能源的太阳能、核电、风能等清洁能源又一次站在时代的巅峰，占据了更多的市场份额；低排放甚至零排放的混合电动车和纯电动车的研发和销售再一次掀起热潮；而科研工作者对性能更优的电池材料，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解质等的研究保持持续的热情。

2、为了提高正极材料的性能，尤其是针对类似磷酸铁锂之类的导电性较差的正极材料，通常采用包覆或者掺杂碳的形式来提高正极材料的导电性，进而提升电池的放电容量和循环性能等。

3、对于碳掺杂量的检测，目前有两种方法：一种是将试样与助溶剂在高温管式炉内通氧气燃烧，将碳完全氧化成二氧化碳，根据生成的二氧化碳的体积计算碳含量。参考文献：《gb/t 223.69钢铁及合金碳含量的测定管式炉内燃烧后气体容量法》。该方法不仅操作过程繁琐，还使用了高压、高纯度的氧气，并且将管式炉烧至1200℃～1350℃，已接近管式炉温度的上限，有一定的安全隐患。另一种是使用碳硫分析仪进行检测，其中参考文献《gb/t 6730.61铁矿石碳和硫含量的测定高频燃烧红外吸收法》中所用到的碳的标准物质为碳酸钡粉末，但碳酸钡并非国家有证基准物质。还有一篇参考文献《gb/t 20123钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》中所用到的碳的标准物质为含碳的钢铁有证参考物质。高频燃烧法测碳的原理是：样品及其含碳组分在交变电场中，通过电磁感应迅速升温，并在高纯氧氛中快速的燃烧生成二氧化碳，最后通过红外检测器检测。这两种碳标准物质的配制和使用过程中都忽略掉了正极材料带来的基体效应。

4、现有的包碳磷酸铁锂材料的碳含量检测使用的是不含基体材料的碳酸钡或钢铁标准物质，无法消除磷酸铁锂的基体效应，不利于对此类材料的碳含量进行分析检测及质量控制，为此，我们提出了一种检测磷酸铁锂中碳含量的标准物质及其制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质、其制备和应用，以解决现有技术检测磷酸铁锂正极材料中碳含量的标准物质不含有磷酸铁锂基体材料，导致测试结果准确度和重复性欠佳等的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将高纯磷酸铁和高纯碳酸锂按比例混合，在惰性气体保护下，经高温固相反应得到磷酸铁锂材料；

4、(2)采用酸液清洗除去步骤(1)所述磷酸铁锂材料中的杂质，清洗后将得到的固体干燥、研磨、过筛，得到高纯磷酸铁锂基体材料；

5、(3)将含碳基准物质溶解或分散于溶剂中，得到碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液；

6、(4)将步骤(2)所述高纯磷酸铁锂基体材料与步骤(3)所述碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液混匀，得到加标混合物；

7、(5)将步骤(4)所述加标混合物干燥后，重新研磨、过筛，得到用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质。

8、优选地，步骤(1)所述高纯磷酸铁的纯度大于或等于99.9％，所述高纯碳酸锂的纯度大于或等于99.5％，所述高温固相反应的温度为500℃～800℃；反应时间为8h～12h。

9、优选地，步骤(2)所述酸液选自盐酸的水溶液、硫酸的水溶液和硝酸的水溶液；所述过筛时筛网的目数为120目～800目。

10、优选地，步骤(3)所述含碳基准物质为碳酸钠、碳酸钙或碳酸钡中的一种或多种。

11、优选地，步骤(3)所述溶剂为超纯水、乙醇和氮甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

12、优选地，步骤(3)所述碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液中碳元素的浓度小于或等于1000ppm。

13、优选地，步骤(4)所述高纯磷酸铁锂基体材料与所述碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液的质量比为1:10～1:500；所述混匀具体为采用匀浆机进行匀浆。

14、优选地，步骤(5)所述干燥为冷冻干燥，干燥时间为6h～24h；步骤(5)所述过筛时筛网的目数为120目～800目。

15、按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的制备方法制备得到的用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质。

16、按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的标准物质在用作磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质中的应用。

17、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

18、有益效果：

19、(1)本发明以高纯磷酸铁和高纯碳酸锂为原料，在氮气保护下经高温固相反应得高纯磷酸铁锂，再以高纯磷酸铁锂为基体，通过加标、匀浆、干燥、过筛等步骤引入目标量的碳元素，制备的标准物质均匀性好、性质稳定，可以直接应用于磷酸铁锂样品中碳含量检测过程中的仪器校准、分析方法评价和测量过程中的质量控制及检测能力验证。

20、(2)本发明提供了一种能够用于检测磷酸铁锂中碳含量的标准物质，以磷酸铁锂为基体，引入目标量的碳元素制备碳含量检测标准物质，可以实现碳元素含量的定制化，直接应用于磷酸铁锂样品中碳含量检测过程中的仪器校准、分析方法评价和测量过程中的质量控制及检测能力验证。相较于现有技术不含有磷酸铁锂基体材料的碳含量检测标准物质，采用本发明提供的标准物质检测碳含量，具有明显更小的标准偏差和相对标准偏差，碳含量数据具有明显更小的离散度，且测试样品时加标回收率重复性明显更好。

技术特征：

1.一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述高纯磷酸铁的纯度大于或等于99.9％，所述高纯碳酸锂的纯度大于或等于99.5％，所述高温固相反应的温度为500℃～800℃；反应时间为8h～12h。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酸液选自盐酸的水溶液、硫酸的水溶液和硝酸的水溶液；所述过筛时筛网的目数为120目～800目。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述含碳基准物质为碳酸钠、碳酸钙或碳酸钡中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述溶剂为超纯水、乙醇和氮甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液中碳元素的浓度小于或等于1000ppm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述高纯磷酸铁锂基体材料与所述碳的标准溶液/分散均匀的悬浊液的质量比为1:10～1:500；所述混匀具体为采用匀浆机进行匀浆。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述干燥为冷冻干燥，干燥时间为6h～24h；步骤(5)所述过筛时筛网的目数为120目～800目。

9.如权利要求1至8任一项所述的制备方法制备得到的用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质。

10.如权利要求9所述的标准物质在用作磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质中的应用。

技术总结
本发明属于化学标准样品制备技术领域，更具体地，涉及一种用于磷酸铁锂正极材料中碳含量检测的标准物质、其制备和应用。该标准物质以磷酸铁锂为基体，通过引入目标量的碳元素，制备得到的标准物质可以实现碳元素含量的定制化，可直接应用于磷酸铁锂样品中碳含量检测过程中的仪器校准、分析方法评价和测量过程中的质量控制及检测能力验证。相较于现有技术不含有磷酸铁锂基体材料的碳含量检测标准物质，采用本发明提供的标准物质检测碳含量，具有明显更小的标准偏差和相对标准偏差，碳含量测试数据明显具有更小的离散度，且测试样品时加标回收率重现性更好。

技术研发人员：韩静,孔令师,李咏军,谢凤娇,洪浩东
受保护的技术使用者：武汉中科先进技术科技服务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8