一种检测钛酸锂纯度的方法与流程

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种检测钛酸锂纯度的方法。

背景技术：

钛酸锂(li4ti5o12，lto)为“零应变”材料，具有尖晶石结构晶型，是一种理想嵌入型锂离子电池负极材料。其具有平稳的充放电平台、良好的循环性能、快速的充电性、较高的热稳定性、低廉的价格和环境友好等特点。

日本东芝公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、珠海银隆新能源有限公司和天津力神电池股份有限公司等众多企业都在开发lto负极材料在动力电池、储蓄太阳能和潮汐能等可再生能源及非对称超级电容器方面的应用。

lto负极材料的纯度是决定锂电池产品性能的重要因素。由于受到生产工艺或人为因素等影响，材料纯度和理论值往往会有出入，进而造成使用上的困难，以至成品电池出现质量问题以及安全隐患，给企业造成不同程度的经济损失。

lto材料中若含有超过限值的杂质，就有可能使材料的理化性能发生改变，外观性状产生变异，造成电池一致性问题，并直接影响锂电池产品的首次库伦效率和充放电容量；杂质增多也会易引起电池内部副反应的发生，从而诱发电池的安全隐患。因此，lto负极材料的纯度检测非常重要。

目前，在评估lto负极材料纯度的研究方法上，现有的检测方法主要可归纳为两大类：

(1)先将粉体材料消解，通过元素分析手段检测活性物质中主元素的含量来间接评估计算材料的纯度；

(2)将活性物质中可能存在的杂质的百分含量分别测出，然后减去所有杂质的含量，从而得到钛酸锂的纯度。

中国专利申请cn106053500a公开了一种钛酸锂合成物相纯度的检测方法，即采用xrd表征，根据物相定量分析外标法，计算钛酸锂中存在的杂质包括金红石、锐钛矿、偏钛酸锂的质量分数，然后减去这三种杂质的含量，从而得到钛酸锂的纯度。

以上所述方法均是间接的评估或计算活性物质的纯度，但由于杂质多样性与复杂性，使结果具有很大的不确定性。同时，上述方法操作步骤复杂，耗时很长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种检测钛酸锂纯度的方法，解决了现有技术中检测结果不准确、测试周期长的难题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种检测钛酸锂纯度的方法，包括以下步骤：

(1)待测样品定性分析：采用x射线粉末衍射仪(xrd)测试待测lto样品晶型结构，获得其xrd谱图；

(2)参比物质定性分析：采用xrd测试参比物质的晶型结构，获得其xrd谱图；

所述的参比物质是具有耐磨性、稳定晶型、粉体状、化学性能稳定的物质，比如三氧化二铝、碳化硅等。

(3)目标特征峰位置的确定：比对lto和参比物质的xrd谱图，选择衍射峰强度高、且不会重叠影响的峰位为研究对象；

(4)参比强度值(k)的确定：取已知纯度的钛酸锂样品与参比物质、分散溶剂混合，分散均匀，并进行球磨，然后烘干；采用xrd测试混合物的衍射图谱，根据步骤(3)中选定的特征峰位置，通过分析软件计算该图谱中已知纯度的lto样品和参比物质的目标特征衍射峰积分强度，代入公式(1)计算参比强度值k；

所述的分散溶剂是具有易挥发性且不会与待测样品及参比物质发生化学反应的溶剂，比如乙醇、丙酮等；

所述的混合，已知纯度的钛酸锂样品、参比物质、分散溶剂的优选质量比为1:1:1；

所述的分散优选超声分散30min；

所述的球磨优选在行星球磨机中以150r/min转速混合30min；

所述的分析软件优选highscore分析软件；

(5)纯度的测定：本发明检测方法的原理是利用x射线衍射检测进行物相定量分析，待测相的特征衍射峰积分强度与该相在试样中的含量成正比。具体的步骤是：将待测样品、参比物质、分散溶剂按与步骤(4)相同的质量比做混合、分散、球磨、烘干；再采用与步骤(4)相同的方法测定两者的衍射峰积分强度，代入公式(1)，计算出由待测样品与参比物质组成的混合物中lto组分的含量(cx)，再根据公式(2)最终计算出待测样品的纯度。

k＝(cs/cx)×(ix/is)(1)

c＝cx×(m1+m2)/m1(2)

式中：

c为待测样品中待测钛酸锂纯度，％；

cx为混合样中待测钛酸锂含量，％；

cs为混合样中参比物质含量，％；

ix为混合样中待测钛酸锂xrd衍射峰积分强度，％；

is为混合样中参比物质xrd衍射峰积分强度，％；

k为待测钛酸锂和参比物质强度比值；

m1为称取待测物质的质量，g；

m2为称取参比物质的质量，g。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明方法采用湿法球磨配合超声分散的前处理方法，能够增加混料过程中参比物质与待测物质之间的混合均匀性，有利于提高纯度检测准确度。

(2)本发明的方法易操作，检测周期短。检测出的钛酸锂纯度结果准确度高，便于相关技术研发人员展开钛酸锂负极材料研发以及性能评估预测。

附图说明

图1是实施例中的待测钛酸锂材料xrd衍射图和其对应标准谱图。

图2是实施例中的参比物质α-al2o3的xrd衍射图和其对应的标准谱图。

图3是实施例中的待测钛酸锂材料和α-al2o3xrd衍射图谱比对图。

图4是实施例中的已知纯度的钛酸锂材料和α-al2o3混合后的xrd衍射图。

图5是实施例中的待测钛酸锂材料和α-al2o3混合后的xrd衍射图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

锂电池钛酸锂(lto)负极材料纯度的快速检测，包括以下步骤：

(1)待测样品定性分析：采用x射线粉末衍射仪(xrd)测试待测样品晶型结构，扫描范围5°～85°。xrd测试结果如图1所示，待测样品的xrd谱图与钛酸锂标准xrd谱线(pdf#00-049-0207)特征峰位置吻合，属典型的尖晶石晶型结构。

(2)参比物质定性分析：采用xrd测试参比物质α-al2o3晶型结构，扫描范围5°～85°。xrd测试结果如图2所示，参比物质α-al2o3的xrd谱图与三氧化二铝标准xrd谱线(pdf#01-088-0826)特征峰位置吻合。

(3)目标特征峰位置的确定：图3为lto和α-al2o3的xrd图谱比对图，如图所示，lto的xrd谱图中2θ＝18.44°以及α-al2o3的xrd图谱中2θ＝25.64°的峰衍射峰强度高且不会产生重叠影响，因此分别被认定为目标特征峰。

(4)纯度测定：称取2g纯度为99.99％的钛酸锂样品、2g纯度为99.99％的α-al2o3、2g无水乙醇放入50ml球磨罐中超声分散30min，转入行星球磨机中以150r/min转速混合30min后取出烘干。采用xrd测试混合物的衍射图谱，扫描范围5°～85°。按照上述操作重复三次实验，结果如图4所示。根据步骤(3)中选定的lto以及α-al2o3的目标特征峰，采用highscore分析软件拟合计算lto样品和α-al2o3目标特征的衍射峰积分强度，代入公式(1)分别计算三次测试的参比强度值(k)，求均值后得到最终的k值为6.21。

称取2g待测lto样品、2g纯度为99.99％的α-al2o3、2g无水乙醇放入50ml球磨罐中超声分散30min，转入行星球磨机中以150r/min转速混合30min后取出烘干。采用xrd测试混合物的衍射图谱，扫描范围5°～85°。测试结果如图5所示，采用highscore分析软件拟合计算图谱中待测样品和α-al2o3目标特征的衍射峰积分强度，代入公式(1)，计算出由待测样品与α-al2o3组成的混合物中lto组分的含量(cx)，再根据公式(2)最终计算出待测样品的纯度为89.99％。

检测结果与该待测样品的实际纯度(90％)相一致，表明本专利中提出的测试方法能高效、准确地检测出钛酸锂负极材料的纯度，从而有利于相关技术研发人员展开钛酸锂负极材料研发以及性能评估预测。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。