一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法。


背景技术：

2.在锂离子电池领域，羧甲基纤维素钠(cmc)主要是作为负极材料中的粘结剂使用的，cmc作为粘结剂，可用于天然石墨、中间相炭微球、锡基硅基负极材料等不同类型的材料中，得益于其具有较好的热稳定性、导电性、电化学特性等，使用cmc作为锂离子电极材料的粘结剂能够提升锂离子电池的性能。
3.cmc是天然纤维素通过化学改性而制得的一种高聚合纤维醚，其主要反应为：天然纤维素首先与naoh发生碱化反应，随着氯乙酸的加入，其葡萄糖单元上的氢与氯乙酸中的羧甲基基团发生取代反应；葡萄糖羟基上的氢被羧甲基取代的多少用取代度(ds)来表示，cmc取代度的大小直接影响到cmc的溶解性、乳化性、增稠性、稳定性、耐酸性和耐盐性等性能。目前cmc取代度国标采用的是酸碱滴定法，但该方法耗时长、操作繁琐、试样用量大，且人为进行滴定容易引入实验误差，从而导致测试精度不够高、测试结果平行性不好等缺点。


技术实现要素：

4.基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法。
5.本发明提出的一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
6.s1、称取羧甲基纤维素钠样品，用醇溶液洗涤样品后再烘干样品；
7.s2、取烘干后的样品并向样品中加入酸溶液与双氧水进行消解，消解完成后转移至容量瓶中定容，得到待测溶液；
8.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
9.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c；
10.s5、按公式计算羧甲基纤维素钠的取代度ds，所述公式为：取代度ds＝162c/(23-80c)。
11.优选的，在步骤s1中，羧甲基纤维素钠样品的称取量为1g-2g，并将羧甲基纤维素钠样品置于玻璃砂坩埚中进行洗涤，所述玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm。
12.优选的，在步骤s1中，醇溶液为体积分数为70％-95％的甲醇水溶液或乙醇水溶液。
13.优选的，在步骤s1中，醇溶液的温度为40℃-80℃。
14.优选的，在步骤s1中，用醇溶液洗涤样品时，向滤液中加入1滴铬酸钾溶液和1滴硝
酸银溶液，若溶液颜色变为砖红色，则洗涤完成，否则需继续洗涤；最后一次洗涤采用纯的醇溶液洗涤。
15.优选的，在步骤s1中，样品烘干温度为100℃-150℃，烘干时间为1.0h-3.0h。
16.优选的，在步骤s2中，烘干后的样品称取量为0.1g-0.2g。
17.优选的，在步骤s2中，所述酸溶液为分析纯硝酸或分析纯硫酸。
18.优选的，在步骤s2中，酸溶液加入量为5ml-10ml，双氧水加入量为2ml-4ml，消解温度为120℃-140℃，消解时间为10min-20min。
19.优选的，采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
20.本发明提出的一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，直接用酸和过氧化氢对cmc进行消解，用电感耦合等离子体发射光谱仪测试消解液中的na元素浓度，从而计算得到cmc取代度，克服了酸碱滴定法的不足，具有测试周期短、操作步骤简单方便、测试精度更高、所需试样少等优点。
附图说明
21.图1为钠元素的标准曲线。
具体实施方式
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
23.实施例一
24.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
25.s1、称取1g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至60℃的90％甲醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水甲醇洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在120℃下干燥2h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
26.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.1g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入5ml分析纯硝酸和2ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上120℃加热消解15min；待消解完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
27.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
28.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c，c＝8.925％；
29.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds，ds＝0.9117。
30.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
31.实施例二
32.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
33.s1、称取1g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至65℃的90％甲醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水甲醇洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在120℃下干燥2h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
34.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.15g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入8ml分析纯硫酸和3ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上120℃加热消解15min；待消解完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
35.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
36.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c，c＝8.931％；
37.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds，ds＝0.9125。
38.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
39.实施例三
40.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
41.s1、称取1.5g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至70℃的90％乙醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水乙醇洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在120℃下干燥2h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
42.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.2g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入10ml分析纯硫酸和4ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上140℃加热消解10min；待消解完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
43.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
44.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c，c＝8.928％；
45.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds，ds＝0.9121。
46.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
47.实施例四
48.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
49.s1、称取1.5g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至70℃的90％乙醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水乙醇溶液洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在120℃下干燥2h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
50.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.2g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入10ml分析纯硝酸和4ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上120℃加热消解15min；待消解
完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
51.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
52.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c，c＝8.921％；
53.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds，ds＝0.9110。
54.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
55.实施例五
56.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
57.s1、称取1.5g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至40℃的95％乙醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水乙醇溶液洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在150℃下干燥1h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
58.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.2g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入10ml分析纯硝酸和4ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上130℃加热消解20min；待消解完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
59.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
60.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c；
61.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds。
62.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为589.592nm。
63.实施例六
64.一种快速测定电池级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括以下步骤：
65.s1、称取1.5g羧甲基纤维素钠样品并将样品置于玻璃砂坩埚(玻璃砂坩埚内滤板的孔径为15μm-40μm)中，用预先加热至80℃的70％乙醇水溶液洗涤样品，直到加1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，则洗涤完成，最后一次洗涤采用无水乙醇溶液洗涤；将洗涤后的cmc放入烘箱中在100℃下干燥3h后取出，放入干燥罐中冷却至室温备用；
66.s2、称取洗涤烘干后cmc 0.2g
±
0.1mg于100ml聚四氟乙烯烧杯中，向烧杯中加入10ml分析纯硝酸和4ml 30％双氧水，将烧杯置于电加热板上135℃加热消解15min；待消解完成后冷却至室温，将消解液转移至100ml塑料容量瓶中，定容摇匀得到待测液；
67.s3、制备对比空白溶液以及钠元素的标准溶液，将对比空白溶液以及钠元素的标准溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，绘制钠元素的工作曲线；
68.s4、将待测溶液置于电感耦合等离子体发射光谱仪中测试，根据钠元素的工作曲线，得到待测溶液中钠元素的质量百分比含量c；
69.s5、按公式ds＝162c/(23-80c)计算羧甲基纤维素钠的取代度ds。
70.本实施例中采用所述电感耦合等离子体发射光谱仪的待测钠元素的波长为
589.592nm。
71.实验例
72.分别以本发明实施例1所述的方法和国标酸碱滴定法对同一羧甲基纤维素钠样品进行取代度测试，具体实验设置为：按本发明实施例1所述的方法进行3次平行测定，测得的取代度值分别记为实验组1-3；与之对应按国标酸碱滴定法进行3次平行测定，测得的取代度值分别记为对照组1-3。测试结果如下表所示：
[0073][0074]
根据上表数据可以得知，本发明所述cmc取代度测试方法较国标酸碱滴定法测试误差更小，平行性更好，测试精度也更高。
[0075]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。