一种LiFePO₄/C复合正极材料Fe²⁺含量快速分析方法

专利名称：一种LiFePO₄/C复合正极材料Fe²⁺含量快速分析方法
技术领域：
本发明涉及电池正极材料质量检测技术，尤其是一种LiFeP04/C复合正极材料Fe2+含量快速分析方法。
背景技术：
目前LiFeP04/C复合材料具有无毒、无污染、材料来源广泛、价格低廉等优点，是理想的锂电正极材料，近几年被广泛应用。LiFeP04/C复合材料作为锂离子电池正极材料具有很好的循环可逆性能及高倍率放电性能，尤其是高温循环可逆性能。在合成LiFePO4正极材料过程中，存在杂质Fe3+是不可避免的，Fe3+会导致LiFePO4正极材料比容量下降，因此Fe3+含量是衡量LiFePO4正极材料性能优劣的一个重要指标。常用的测试方法是分别测 定试样中总铁及Fe2+的量，求其差值得出Fe3+含量。Fe2+山于极易氧化，因此如何准确测量LiFeP04/C复合材料中Fe2+含量显得尤为重要。目前测定磷酸亚铁锂中铁含量的方法，主要有分光光度法、重量法、化学滴定法、伏安极谱法、库仑滴定法等。其中分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。利用铁离子能与某些试剂形成有色络合物的特点，可采用吸光光度法测试磷酸亚铁锂中亚铁的含量，但是测试需要在澄清透明的溶液中进行，碳粉必须被提前过滤，在过滤碳粉中亚铁会被氧化，因此难以保证测量的准确度，因此本方法只适合于测定磷酸铁锂中的全铁的含量，而无法实现亚铁含量的测定。重量法是指将亚铁氧化为三价铁用氨水将三价铁沉淀再转化为氧化铁根据氧化铁的质量测定并分析原物质中铁的含量。该方法只适用于测定试样中全铁的含量，而不适合测定磷酸亚铁锂中亚铁含量。化学滴定法是采用高锰酸钾或重铬酸钾法滴定磷酸亚铁锂中亚铁的含量，以磺基水杨酸为指示剂，实际操作中为了减少因碳吸附而造成的对终点观察的影响，滴定前需要先过滤碳并反复洗涤5-10次，在此过程中部分亚铁氧化为三价铁，因此测量结果不够准确。因此化学滴定法也更适合于滴定总铁的量。伏安极谱法根据电解过程中的电极电位-电流曲线进行分析,通过极谱图中峰高与物质浓度成正比的关系，采用添加已知浓度的标准溶液法，可准确测量磷酸亚铁锂中亚铁的含量，但是该方法需要选择合适的络合剂区分开亚铁离子和三价铁离子的氧化还原电位，而且需采用滴汞电极，在电极的制备及使用的过程中都存在弊端。库仑滴定法是通过测量电解时所消耗的电量，间接求出亚铁的含量，该方法在测量时要求所消耗的电量全部用于被测的物质的电极反应，必须避免在工作电极上发生其他副反应，同时为了测量电量需要在电流中串联一个库仑计，而如何选择合适的指示终点方法、精准测量电量的氢氧库仑计的制备和如何保证电流效率100%的问题制约着该方法在磷酸亚铁锂复合材料实际分析中的应用。纵观上述分析方法，存在的主要问题是如何防止亚铁在分析过程中被氧化、如何避免碳粉对指示剂的干扰、对透光度的干扰以及对终点颜色的判断。因此研究简单实用、结果可靠的LiFeP04/C复合正极材料Fe2+含量的快速分析方法是研究人员面临的重要课题。

发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种LiFeP04/C复合正极材料Fe2+含量快速分析方法，该方法不必过滤碳，可避免分析过程中亚铁的氧化，步骤简单、终点易于判断、结果可靠，可为判断LiFeP04/C复合正极材料的性能提供直接依据。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案一种LiFeP04/C复合正极材料Fe+含量快速分析方法，包括以下步骤I).称取0.3 O. 4g LiFeP04/C复合正极材料试样样品放于烧杯中，在惰性气体(不限种类)或二氧化碳气体保护下，用质量分数为18%的盐酸溶液溶解LiFeP04/C复合 正极材料，溶解时间5 10分钟为宜；其中，每IOOmg LiFeP04/C复合正极材料样品所需质量分数为18%的盐酸溶液以2mL 5mL为宜；2).采用电位滴定，在惰性气体保护下，以重铬酸钾为滴定剂测定亚铁的含量。所述步骤2)需在搅拌条件下进行，保证溶液各处浓度均匀。所述步骤2)中的电位滴定采用自动电位滴定仪，以钼复合电极为指示电极，或者采用钼电极为指示电极，Ag/AgCl为参比电极。所述步骤2)中的以重铬酸钾为滴定剂测定亚铁的含量具体为，以标准的
O.005mol/L重铬酸钾溶液为氧化还原反应滴定剂，用自动电位滴定仪滴定Fe2+，根据电位突跃判断滴定终点，根据化学计量点消耗的滴定剂量计算Fe2+含量。本发明的过程中无需过滤碳粉，简化了实验步骤，最大程度避免了分析滴定过程中山于滤碳而使亚铁氧化，影响测量的准确度；实验以钼复合电极为指示电极，或者采用钼电极为指示电极，Ag/AgCl为参比电极。以标准的重铬酸钾为氧化还原反应滴定剂，用自动电位滴定仪滴定，以电位突跃判断滴定终点，根据化学计量点消耗的滴定剂量计算Fe2+含量。实验在搅拌条件下进行，保证溶液各处浓度均匀。本发明的有益效果是本发明简化了除碳步骤，不必过滤碳，防止分析过程中亚铁的氧化，避免了还原态和氧化态物质对测定的干扰，减少了人为判断终点的误差，简化了调节酸度以及温度操作，极大改进了现有方法的缺陷，具有操作简单、终点易于判断、数据可靠等优势。为LiFeP04/C复合正极材料性能的判定提供依据。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进一步说明。 LiFeP04/C复合正极材料Fe2+含量测定分析步骤称取适量(如表I所不)LiFeP04/C试样于150mL烧杯中，在惰性气体保护中将LiFeP04/C试样用质量分数为18%的盐酸溶液6mL溶解，用蒸馏水稀释至50mL。采用自动电位滴定仪，以钼复合电极为指示电极，以标准的O. 0502mol/L重铬酸钾溶液滴定Fe2+,通过电位的突跃确定滴定终点。所用试剂浓盐酸、蒸馏水、分析纯重铬酸钾。
所需仪器自动电位滴定仪(或者电位滴定仪、恒电位仪)，钼复合电极(或钼电极与Ag/AgCl电极)，磁力搅拌器。则mFe2+ = 6X0. 05585CV其中mFe2+——所称试样中亚铁的含量，gC——重铬酸钾标准溶液的浓度，mo I/LV重铬酸钾标准溶液消耗的体积，mL
表I LiFeP04/C试样中Fe2+含量测定数据
权利要求
1.一种LiFeP04/C复合正极材料Fe2+含量快速分析方法，其特征是，包括以下步骤 1)称取0.3 O.4g LiFeP04/C样品放于烧杯中，在惰性气体(不限种类)或二氧化碳气体保护下，用质量分数为18%的盐酸溶液溶解LiFeP04/C复合正极材料，溶解时间5 10分钟为宜)；其中，每IOOmg LiFeP04/C复合正极材料样品所需质量分数为18%的盐酸溶液以2mL 5mL为宜； 2)采用电位滴定，在惰性气体保护下，以重铬酸钾为滴定剂测定亚铁的含量。
2.如权利要求I所述的方法，其特征是，所述步骤2)需在搅拌条件下进行，保证溶液各处浓度均匀。
3.如权利要求I所述的方法，其特征是，所述步骤2)中的电位滴定采用自动电位滴定仪，以钼复合电极为指示电极，或者采用钼电极为指示电极，Ag/AgCl为参比电极。·
4.如权利要求I所述的方法，其特征是，所述步骤2)中的以重铬酸钾为滴定剂测定亚铁的含量具体为，以标准的重铬酸钾溶液为氧化还原反应滴定剂，用自动电位滴定仪滴定Fe2+，根据电位突跃判断滴定终点，根据化学计量点消耗的滴定剂量计算Fe2+含量。
全文摘要
本发明公开了一种LiFePO4/C复合正极材料Fe2+含量快速分析方法，包括以下步骤a.在惰性气体保护下以盐酸溶解LiFePO4/C复合材料b.采用电位滴定仪，惰性气体保护下，以重铬酸钾为滴定剂直接测定LiFePO4/C复合材料中Fe2+含量。本发明简化了除碳步骤，避免了还原态和氧化态物质对测定的干扰，减少了人为判断终点的误差，简化了调节酸度以及温度操作，极大改进了现有方法的缺陷，具有操作简单、数据可靠等优势。为LiFePO4/C复合正极材料性能的判定提供依据。
文档编号G01N27/42GK102841122SQ20121031010
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者朱永明, 胡会利, 于元春, 张静 申请人:哈尔滨工业大学(威海)