(高清版)GB∕T 38823-2020 硅炭 国家标准

ICS29.050国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T38823—2020 I 1 1 14分类和代号 2 2 26试验方法 3 36.2粒度分布 3 36.4振实密度 36.5碳含量 36.6硅含量 36.7压实密度 3 36.9磁性物质含量 36.10微量金属元素含量 36.11首次放电比容量和首次库仑效率 36.12限用物质 3 47.1采样方法 47.2检验分类 47.3验收规则 4 5 5 5 5附录A(规范性附录)碳含量的测定方法 6附录B(规范性附录)硅含量的测定方法 8附录C(规范性附录)微量金属元素含量的测定方法 附录D(规范性附录)首次放电比容量和首次库仑效率的测定方法 IGB/T38823—2020本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。本标准起草单位：贝特瑞新材料集团股份有限公司、惠州市鼎元新能源科技有限公司、国联汽车动力电池研究院有限责任公司、深圳市斯诺实业发展有限公司、冶金工业信息标准研究院。1GB/T38823—2020本标准适用于各种锂离子电池用硅炭负极材料。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191包装储运图示标志GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T2829周期检验计数抽样程序及表(适用于对过程稳定性的检验)GB/T3782乙炔炭黑GB/T5187铜及铜合金箔材GB/T6388运输包装收发货标志GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T13732粒度均匀散料抽样检验通则GB/T19077粒度分析激光衍射法GB/T19587气体吸附BET法测定固态物质比表面积GB/T21653镍及镍合金线和拉制线坯GB/T24533锂离子电池石墨类负极材料GB/T26125电子电气产品六种限用物质(铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚)的测定GB/T33827锂电池用纳米负极材料中磁性物质含量的测定方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。硅材料与炭素材料组成的复合粉体材料。硅炭与正极材料在一定体系下协同作用实现锂离子电池4分类和代号根据产品的首次放电比容量进行分类。主要分为五类：--—400mAh/g≤首次放电比容量<600mAh/g,用SiC-I表示；——600mAh/g≤首次放电比容量<900mAh/g,用SiC-Ⅱ表示；2GB/T38823—2020——900mAh/g≤首次放电比容量<1200mAh/g,用SiC-Ⅲ表示；——1200mAh/g≤首次放电比容量<1500mAh/g,用SiC-IV表示；——首次放电比容量≥1500mAh/g,用SiC-V表示。硅炭的理化指标应符合表1的规定，产品指标应满足该类产品关键指标，否则不归于该类别。殊要求的产品由供需双方协商确定性能要求和验收方式。技术指标产品代号理化性能比表面积*/(m²/g)振实密度*/(g/cm³)碳含量(质量分数)/%压实密度*/(g/cm³)硅含量(质量分数)*/%水分含量(质量分数)/%磁性物质含量*(Fe+Co+≤0.1≤0.1≤0.1≤0.1≤0.1微量金属元素含量*/电化学性能(扣式电池)0.1C首次放电比容量*/(mAh/g)0.1C首次库仑效率*/%限用物质注：带*的指标为关键指标，不带*的指标为参考指标。GB/T38823—20206试验方法按照GB/T19077进行测定。测试条件：折射率2.61。按照GB/T19587进行测定。按照GB/T24533进行测定。按照附录A进行测定。按照附录B进行测定。按照GB/T24533进行测定。按照GB/T24533进行测定。按照GB/T33827进行测定。按照附录C进行测定。按照附录D进行测定。按照GB/T26125进行测定。34GB/T38823—20207检验规则硅炭按GB/T13732粒度均匀散料抽样检验通则进行取样。用洁净的取样钎(不锈钢牌号316或轴线周围20mm范围内取样。抽样按照GB/T2828.1和GB/T2829中的抽样相关规定进行。a)样品类别及编号；b)总体物料批号及数量；d)采样日期；e)采样者姓名。对本标准中规定的技术要求全部进行检验。在有下列情况之一时进行型式检验：b)生产工艺流程有变化时；d)客户有特殊要求时；e)正常情况下每年不少于1次型式检验。7.3.1产品符合表1中技术指标要求为合格品。若有1项指标达不到标准的要求，应从同批产品的取7.3.3收货方复验期限为2个月，如有异议时，应双方检测机构检验。GB/T38823—20208.1.1产品的包装应符合GB/T191的规定，净重由供需双方协商。8.1.2包装应在干燥环境条件下进行，先将产品装入防水包装袋(殊的包装要求由供需双方商定。a)产品名称；b)产品代号及规格；c)本标准的编号；d)净重；e)生产厂名；g)警示说明；h)其他标识。8.3.5供方应提供本产品的安全技术说明书(MSDS)和安全标签。56GB/T38823—2020(规范性附录)碳含量的测定方法A.1方法提要在氧气流中燃烧将碳转化成一氧化碳和/或二氧化碳，一氧化碳在高温下被催化氧化成二氧化碳。利用氧气流中二氧化碳的红外吸收光谱进行测量。A.2仪器设备装置A.2.2干燥器。A.2.3电子天平：感量0.0001g。A.2.4瓷坩埚，按照仪器厂商的规定，能够耐高频感应炉中燃烧，不产生碳的化学物质，空白值小于0.002%,标准偏差小于0.0005%。注：碳的污染物通常可通过在空气中将坩埚置于马弗炉中燃烧除去，1000℃燃烧时间不少于40min,1350℃燃烧时间不少于15min。然后将坩埚取出，置于干净的耐热盘中，冷却2min～3min,最后将坩埚保存于干燥器中。A.2.5坩埚钳，可夹住瓷坩埚(见A.2.4)。A.3分析步骤警示——与燃烧分析有关的主要危险是燃烧坩埚及由此产生的熔融状态时发生的燃烧，任何时候都要使用坩埚钳，并将用过的坩埚存放在合适的容器中，打开氧气阀时要小心，燃烧过程中的氧气应从仪器中清除掉，因为高浓度的氧气在狭小的空间中易造成火灾。A.3.1仪器状态确认：按照厂家说明准备操作、检查燃烧单元和测量单元的气密性。在校准仪器和测量空白前，用能测出碳和硫含量的样品(添加助熔剂)至少测试5次，待仪器稳定后进行下一步操作。样品建议采用多点法或线性校准仪器。A.3.3称样：根据样品碳含量的大小不同，用电子天平(见A.2.3)精确称取一定量的样品于陶瓷坩埚内铺匀，并在软件中输入样品名称及质量(精确到0.0001g)。注：样品的称样量与选择的有证参考物质的碳含量有关系，样品的绝对碳含量在标准曲线范围内即可。A.3.5用坩埚钳将A.3.4中所述坩埚置于坩埚托中，确认输入信息无误后开启测试程序。A.3.6待测试完毕，盛放样品的坩埚自动从炉中退出，将测试结果记录于原始记录中。A.3.7热坩埚处理：测试完成后用坩埚钳将热坩埚放入统一的容器中冷却，防止起火。A.3.8关机。A.4结果计算和数据处理读取仪器自动显示数据，平行测试2次取平均值，按照GB/T8170“四舍五入”的规定保留4位有效GB/T38823—2020数字，即××.××%。A.5试验报告应包含以下内容：b)分析结果及表示方法；c)在测定中观察到的异常现象；d)任何不包括在本标准中的操作或是自由选择的试验条件。78(规范性附录)硅含量的测定方法B.1方法提要在氧气或空气环境下，硅炭材料经1200℃高温灼烧，其中的碳与氧气反应生成CO₂气体排出，硅与氧气反应生成SiO₂,材料最终全部转化为SiO₂。根据反应产物SiO₂的质量，可计算出原样品中硅元素的质量，从而得到硅炭材料中硅元素的含量。B.2.6鼓风烘箱。B.2.7干燥器。B.2.8不锈钢托盘。B.3分析步骤B.3.1坩埚预处理测试前将刚玉坩埚洗净烘干，并在箱式电阻炉或气氛炉(见B.2.1)中1200℃灼烧1h,温度降至200℃以下取出，稍冷后放入干燥器中冷却至室温，称重。然后再次灼烧，至两次质量差不大于0.3mg。B.3.2样品称量称量样品1.0000g～1.2000g至刚玉坩埚中，准确至0.1mg,称量2个，进行平行试验。B.3.3测试B.3.3.2箱式电阻炉或气氛炉(见B.2.1)灼烧程序设置：升温速率不大于20℃/min,从室温升至1200℃,1200℃灼烧8h,然后停止加热。根据设备说明书或其他技术文件的要求，对箱式电阻炉或气氛炉进行预烘干处理，以防止仪器、坩埚发生破裂等故障。加热过程中样品、坩埚若发生爆裂飞溅或被污染，可重新调整升温程序，重做试验。B.3.3.4冷却、称量：当箱式电阻炉或气氛炉(见B.2.1)温度降至200℃以下时，打开炉门，用坩埚钳取出坩埚，放置于干净的不锈钢托盘中。冷却2min,将托盘及样品一起放入干燥器中，冷却至室温。用9GB/T38823—2020电子天平(见B.2.3)称量冷却后的坩埚及产物总质量。B.3.3.5恒重：将坩埚及产物再次放入箱式电阻炉或气氛炉(见B.2.1)中，按B.3.3.1～B.3.3.4步骤再次灼烧和称量。比较与第一次灼烧后的质量差异，如果不超过0.3mg,则测试结束；否则重复本步骤，直至两次灼烧后质量差异不超过0.3mg。B.3.4结果计算B.3.4.1按照B.3.3的步骤分别记录坩埚质量mo、样品质量m₁、灼烧后坩埚及产物总质量m₂、恒重后坩埚及产物总质量m₃,则样品中硅含量按式(B.1)计算：式中：……(B.1)Wsi--—样品中硅元素的质量分数；m。——坩埚质量，单位为克(g);m₁——样品质量，单位为克(g);m₃——灼烧恒重后坩埚及产物总质量，单位为克(g);28.09——硅的相对原子质量；B.3.4.2结果计算和数据处理：平行测试2次取平均值。质量保留4位小数(即保留至0.1mg),硅含量保留4位有效数字，即××.××%或×.×××%。数字修约按GB/T8170“四舍五入”的规定。B.4试验报告应包含以下内容：a)样品名称、批号、测试日期、试验使用仪器型号和操作人员等；b)分析结果及表示方法；c)在试验中观察到的异常现象；d)任何不包括在本标准中的操作或是自由选择的试验条件。GB/T38823—2020(规范性附录)微量金属元素含量的测定方法C.1方法提要样品加入王水(浓盐酸和浓硝酸按体积比3:1组成的混合物)后，用微波消解仪溶解，经过滤、定容C.2试剂及材料所用水应符合GB/T6682中一级水的要求。a)铁标准溶液，标准号为GSB04-1726-2004,浓度为1000μg/mL;b)钴标准溶液，标准号为GSB04-1722-2004,浓度为1000pg/mL;c)铜标准溶液，标准号为GSB04-1725-2004,浓度为1000μg/mL;d)镍标准溶液，标准号为GSB04-1740-2004,浓度为1000μg/mL;e)铝标准溶液，标准号为GSB04-1713-2004,浓度为1000μg/mL;f)铬标准溶液，标准号为GSB04-1723-2004,浓度为1000μg/mL;g)锌标准溶液，标准号为GSB04-1761-2004,浓度为1000μg/mL。C.2.5贮备混合标准溶液(50mg/L):分别移取5mLC.3仪器与设备C.3.2加热装置：微波消解仪或等同性能的加热装置。C.4系列混合标准溶液配制分别准确吸取贮备混合标准溶液(见C.2.5)0mL、0.10mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL置于6个100mL容量瓶中，各加入5mL素浓度分别为0mg/L、0.050mg/L、0.10mg/L、0.25mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L的校准空白及系列混合标准溶液。GB/T38823—2020C.5试样的制备紧样品盖，置于微波消解仪内消解(消解温度不低于180℃,时间不低于15min)。消解完后，冷却至室C.6测定在选定的最佳工作条件下，待仪器稳定后，设置测定波长(可参考表C.1),输入样品信息，将校准空白、系列标准溶液依次吸入，绘制标准曲线，然后再将试验空白及样品溶液以同样的方法直接测定。表C.1元素波长选择元素波长/nm元素波长/nm铁238.204铝396.153钴228.616铬267.716铜327.393锌213.857镍231.604—C.7结果计算与数据处理C.8试验报告应包含以下内容：b)分析结果及表示方法；c)在试验中观察到的异常现象；d)任何不包括在本标准中的操作或是自由选择的试验条件。GB/T38823—2020(规范性附录)首次放电比容量和首次库仑效率的测定方法D.1方法提要D.1.1首次放电比容量(脱锂)以金属锂为负电极组装扣式电池，在23℃±2℃的条件下，按照电池充放电测试仪器操作规程测试出的扣式电池首次放电比容量(脱锂)。D.1.2首次库仑效率以金属锂为负电极组装扣式半电池，在23℃±2℃的条件下，按照电池充放电测试仪器操作规程进行测试，测试出的扣式电池首次放电比容量(脱锂)除以首次充电比容量(嵌锂)得到首次库仑效率。D.2试剂及材料D.2.1导电剂：乙炔黑(按GB/T3782)或相同类型导电炭黑。D.2.2粘结剂：聚丙烯酸(PAA),型号为LA133,或同等性能粘结剂。D.2.3纯水：应符合GB/T6682中三级水的要求。D.2.4金属锂片或锂带：应符合GB/T4369中金属锂片或锂带的要求。D.2.5硅炭集流体：铜箔(按GB/T5187)或相同类型集流体。D.2.6锂集流体：镍网(按GB/T21653)或相同类型集流体。D.2.7隔膜：PE-PP复合膜或相同类型隔膜。D.2.8电解液：1mol/LLiPF6的EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)/EMC(碳酸甲乙酯)(EC与DMC与EMD体积比为1:1:1)电解液或相同类型电解液。D.3仪器与设备D.3.1电池测试仪电池测试仪(电流精度：0.1%RD+0.1%FS;电压精度：0.1%RD+0.1%FS)或相同类型测试仪。D.3.2扣式电池模具D.3.3手套箱一个标准大气压，99.999%的惰性气体，水分含量小于或等于1mg/m³、氧气含量小于或等于1mg/m³或相同类型手套箱。D.3.4真空干燥箱真空干燥箱(真空度<100Pa,温度范围：50℃~250℃)或相同类型干燥箱。GB/T38823—2020D.3.5鼓风干燥箱鼓风干燥箱(温度范围：室温～250℃)或相同功效干燥箱。D.3.6干燥器皿相对湿度<25%或相同类型干燥器皿。D.3.7天平感量：0.0001g和0.00001g,或相同类型天平。D.3.8搅拌器2000r/min或相同类型搅拌器。D.3.9涂膜涂布器200μm或相同类型涂布器。D.4试样的制备D.4.1将试样和导电剂放入烘箱中，在120℃烘烤4h后，转到在干燥器皿内冷却。称取4.55g试样和0.15g导电剂的混合物粉末(准确到0.0001g)至容量50mL的小烧杯中，然后在该烧杯中加入6.0g浓度为5%的PAA水溶液，最后采用行星式搅拌机调制成膏状物(搅拌时间15min,搅拌速度2000r/min)。注：参考试样、粘结剂、导电剂质量比为91:6:3的比例称量。光滑，然后放入鼓风干燥箱中在100℃烘烤2h,或者等同类型的涂布方式获得单面面密度为60g/m²~100g/m²的极片。D.4.3烘烤的极片经裁片、压片成各种形状的电极(长方形带状、条状或圆形等),准确称重后(准确到0.00001g),放入真空干燥箱中，真空条件下，在120℃烘烤8h。制得硅炭工作电极。D.4.4在氩气气氛手套箱中，将金属锂裁剪制成长方形带状、条状或圆形等，然后将上述裁剪好的金属锂压制到已裁剪成条状的镍网(或其他同等性能的集流体)末端，制成对电极(或者直接以金属锂为对电D.4.5以上述步骤制成的正极材料电极和对电极，与1mol/LLiPF6的EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)/EMC(碳酸甲乙酯)(EC与DMC与EMD体积比为1:1:1)电解液(或其他同等性能的电解液),在手套箱中组装成密封完好的