一种电池极片中钴含量的检测方法

1.本发明涉及电池检测技术领域，尤其涉及一种电池极片中钴含量的检测方法。


背景技术：

2.近年来，随着新材料、新能源的迅速发展，对锂离子电池的应用环境提出了新的要求：如大电流、深度放电等滥用条件下的长寿命循环，极端天气下的高、低温性能，以及电池的常温、高温的存储等。上述应用环境都有可能会造成以钴酸锂和镍钴锰三元材料以及含钴元素的正极材料制作的锂离子电池内部的离子以金属的形式在负极表面析出。
3.电池中含钴正极材料中钴的溶出，是造成锂离子电池容量快速衰减的原因之一。钴一旦溶出，便开始长期存在于锂离子电池内部。钴的溶出会造成锂离子电池中正极材料中钴离子的损失，进而引起锂离子电池正极结构的坍塌，造成安全性问题和容量的衰减。
4.然而，在研究过程中，由于溶出的钴的含量不确定，从而无法直观地知晓电池性能衰减与溶出钴的含量的准确关系。常规的量化检测手段，如eds检测法、icp检测法等方法都无法对其进行精确定量，因此，如何对电极极片中的金属钴进行定量检测成为业内亟待解决的一个技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种电池极片中钴含量的检测方法，以解决上述现有技术的不足，便于对电池极片中的钴含量进行定量检测及分析，具有较强的实用性。
6.为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：一种电池极片中钴含量的检测方法，包括步骤：步骤01，对待测电池极片进行浸泡和冲洗；步骤02，对待测电池极片进行烘烤处理；步骤03，对步骤02烘烤后的待测电池极片进行自然冷却；步骤04，对步骤03获得的待测电池极片置于酸性溶液中，并进行加热及搅拌，直至待测电池极片反应结束，并获得第一溶液；步骤05，从步骤04中所得的第一溶液中提取待测溶液；步骤06，检测步骤05中所提取的待测溶液中钴的浓度，并根据所述待测溶液中钴的浓度获得待测电池极片中的钴含量。
7.进一步地，步骤05中提取待测溶液的方式为：将步骤03所得的第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容，取定容后溶液的上层清液，且所述上层清液为提取的待测溶液。
8.进一步地，步骤01中通过酯类溶剂或者有机溶剂对待测电池极片进行浸泡和冲洗。
9.进一步地，酯类溶剂为碳酸二甲酯。
10.进一步地，有机溶剂为二氯甲烷。
11.进一步地，步骤02中在对待测电池极片进行烘烤处理时，烘烤处理的温度为80℃~90℃，烘烤处理时间为0.5h ~5h。
12.进一步地，步骤04中，将待测电池极片置于硝酸溶液或硫酸溶液中。
13.进一步地，步骤04中，加热温度为100℃~110℃，加热时间为10min~60min。
14.进一步地，步骤04中，待测电池极片反应结束的条件为：当待测电池极片为正极片时，待测电池极片的铝箔及活性物质溶解，且反应中产生的气泡消失；当待测电池极片为负极片时，待测电池极片的铜箔溶解，并且待测电池极片上的石墨硝解呈粉末态。
15.进一步地，步骤06中，当待测溶液中钴的浓度范围为1mg/l～50mg/l时，采用原子吸收火焰法对待测溶液中钴的浓度进行检测；当待测溶液中钴的浓度低于1mg/l时，采用电感耦合等离子体质谱对待测溶液中钴的浓度进行检测。
16.上述技术方案的优点在于：本发明提供了正极极片中钴含量的定量分析方法以及负极极片中钴含量的定量分析方法。本发明所提出的检测方法操作简单、检测时间较短、成本较低，且该检测方法受环境的干扰较小，测量的准确性和重复性较高。为锂电行业在研究电池损失容量及对极片中钴的分布均具有重要的现实指导意义。
附图说明
17.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述。
18.图1示出了本发明电池极片中钴含量的检测方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
19.如图1所示，一种电池极片中钴含量的检测方法。所述检测步骤包括：步骤01，采用酯类溶剂或者有机溶剂对待测电池极片进行浸泡和冲洗，其中，酯类溶剂采用的是碳酸二甲酯，有机溶剂采用的是二氯甲烷。在对待测电池极片进行浸泡和冲洗时，需要反复进行多次浸泡和冲洗。例如，进行至少三次浸泡和冲洗，并且，每次浸泡时间为1小时左右。通过对待测电池极片进行浸泡和冲洗可以去除极片表层的电解液溶剂以及六氟磷酸锂。
20.步骤02，对待测电池极片进行烘烤处理，烘烤处理的温度为80℃~90℃；所述烘烤处理的时间为1h~5h。
21.步骤03，对步骤02烘烤后的待测电池极片进行自然冷却。冷却时可以将待测电池极片装入干燥且干净的容量瓶中，然后将容量瓶密封后放置在常温环境中进行自然冷却。
22.步骤04，对步骤03获得的待测电池极片置于硝酸溶液或者硫酸溶液中，并进行加热及搅拌，直至待测电池极片反应结束，并获得第一溶液，当在进行硝酸或者硫酸酸性溶液配置时，先向烧杯中加入酸，再加入适量去离子水震荡混合均匀后即得到所述酸性溶液，其中，硝酸或者硫酸酸与去离子水的体积比为1:2。上述的加热搅拌的加热温度为100℃~110
℃，加热时间为10min ~60min。其中，反应结束的条件为：在待测电池极片为正极片的情况下，待测电池极片的铝箔及活性物质溶解，并且反应中产生的气泡消失；正极片中的粘结剂可能会出现少量不溶解的现象。在待测电池极片为负极片的情况下，待测电池极片的铜箔溶解，并且待测电池极片的石墨硝解呈粉末态。
23.步骤05，从步骤04中所得的第一溶液中提取待测溶液，在提取时，将上述步骤04中获得的第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶通过去离子水进行定容，对定容后的溶液取上层清液，该上层清液即为所述待测溶液。此外，为了提高准确性，在获得待测溶液时，可以先将第一溶液倒入容量瓶中，并多次用去离子水冲洗烧杯，将冲洗烧杯的冲洗液并入容量瓶中，然后再对容量瓶用去离子水进行定容。可选地，至少冲洗烧杯三次，确保烧杯内无任何残留物质为止。
24.步骤06，检测步骤05中所提取的待测溶液中钴的浓度，并根据所述待测溶液中钴的浓度获得待测电池极片中的钴含量。当第一溶液中的钴的浓度大于或者等于1mg/l的情况下，采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度。当第一溶液中的钴的浓度小于1mg/l的情况下，采用电感耦合等离子体质谱检测所述待测溶液中钴的浓度。其中，原子吸收火焰法是基于原子对特征辐射的吸收建立的一种分析方法，当光源辐射出的待测元素的特征光谱，通过样品的原子蒸气时，被待测元素的基态原子所吸收，在一定范围与条件下，入射光被吸收而减弱的程度与样品中待测元素的含量呈正相关，由此可得出样品中待测元素的含量。此方法主要测定金属元素及少数非金属元素，应用于定量分析。而电感耦合等离子体质谱是以电感耦合等离子作为离子源，以质谱进行检测的痕量无机多元素分析技术，能测定周期表中90%的元素，大多数检测限在0.1-10μg/ml。
25.此外，在步骤03之后，可以对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1。
26.进一步地，待测电池极片中的钴含量可采用如下公式（1）进行计算：
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公式（1）其中，m
co
表示待测电池极片中钴的质量，单位为mg；c
t
表示待测溶液中钴的浓度，单位为mg/l；v表示定容的容量，单位为ml。
27.此外，待测电池极片中钴的质量占比可采用如下公式（2）进行计算：
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公式（2）其中，m
co
表示公式（1）中计算出的待测电池极片中钴的质量，单位为mg，m1表示对自然冷却后的待测电池极片进行称重的重量值，单位为mg，m0表示铜箔/铝箔的质量，单位为mg。
28.实施例1通过采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.0826g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至100ml再稀释10倍，然后取上层清液作为待测溶液。接着采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度为
48.92mg/l。
29.实施例2采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.0826g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至100ml再稀释20倍，然后取上层清液作为待测溶液。采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度为24.63mg/l。
30.实施例3采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.0826g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至100ml再稀释100倍，然后取上层清液作为待测溶液。采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度为4.83mg/l。
31.对于上述实施例1-实施例3，已知所选用的待测电池极片中钴的百分含量为59.6128%，则实施例1的待测溶液中钴的实际浓度为49.24mg/l，实施例2的待测溶液中钴的实际浓度为24.62 mg/l，实施例3的待测溶液中钴的实际浓度为4.92 mg/l。
32.综上，实施例1-实施例3中的检测误差如下表1所示：表1由上表1可知，实施例1-实施例3中的检测误差较小，检测精度较高。
33.实施例4采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理2小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.4084g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至1000ml，然后取上层清液作为待测溶液。采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度为24.58mg/l。
34.实施例5采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在90℃下进行烘烤处理3小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.4084g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在110℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至1000ml，然后取上层清液作为待测溶液。采用原子吸收火焰法检测所述待测溶液中钴的浓度为24.01mg/l。
35.对于上述实施例4-实施例5，已知所选用的待测电池极片中钴的百分含量为59.6128%，则实施例4的待测溶液中钴的实际浓度为24.35mg/l，实施例5的待测溶液中钴的实际浓度为24.35 mg/l。
36.综上，实施例4-实施例5中的检测误差如下表2所示：表2由上表2可知，实施例4-实施例5中的检测误差较小，检测精度较高。
37.实施例6采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.016164g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至1000ml，然后取上层清液作为待测溶液。采用icp-ms法检测所述待测溶液中钴的浓度为0.97mg/l。
38.实施例7采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却；对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.016164g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至1000ml再稀释2倍，然后取上层清液作为待测溶液。采用icp-ms法检测所述待测溶液中钴的浓度为0.49mg/l。
39.实施例8采用碳酸二甲酯对待测电池极片进行浸泡和冲洗，然后对待测电池极片在80℃下进行烘烤处理1小时，再使烘烤处理后的待测电池极片自然冷却。对自然冷却后的待测电池极片进行称重并记录重量值m1为0.016164g。将自然冷却后的待测电池极片放置于硝酸溶液中在100℃的温度下进行加热搅拌直至待测电池极片反应结束后停止加热并获得第一溶液，将所述第一溶液倒入容量瓶中，对容量瓶用去离子水进行定容至1000ml再稀释10倍，然
后取上层清液作为待测溶液。采用icp-ms法检测所述待测溶液中钴的浓度为0.095mg/l。
40.对于上述实施例6-实施例8，已知所选用的待测电池极片中钴的百分含量为59.6128%，则实施例6的待测溶液中钴的实际浓度为0.9622mg/l，实施例7的待测溶液中钴的实际浓度为0.4811mg/l，实施例8的待测溶液中钴的实际浓度为0.0962 mg/l。
41.综上，实施例6-实施例8中的检测误差如下表3所示：表3由上表3可知，实施例6-实施例8中的检测误差较小，检测精度较高。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。