一种正极材料高温烧结温度的检测方法技术

技术编号:17777289 阅读:58 留言:0更新日期:2018-04-22 04:40
本发明专利技术提供一种正极材料高温烧结温度的检测方法。利用正极材料烧结过程中晶粒生长和温度的线性依存关系,通过X射线衍射仪测定正极材料特征衍射峰的半峰宽值,建立特定正极材料特征衍射峰半峰宽值与温度的关系图,在相同材料烧结时,只需通过XRD表征特征衍射峰的半峰宽数据,参照之前得到的“XRD‑温度”关系图,即可得出高温烧结温度值。相比于传统的热电偶测量环境温度,本方法能够得到局部区域材料本体真正承受的煅烧温度,保证正极材料烧结试验烧结温度的一致性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料高温烧结温度的检测方法
本专利技术属于锂离子电池
和分析测试领域,具体而言,涉及一种正极材料高温烧结温度的检测方法。
技术介绍
常见的锂离子电池用正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料等,这些材料制备都需要经过长时间高温烧结过程,而高温烧结的温度会影响材料的颗粒粒径、形貌形态、晶体结构等,进而直接影响材料的电化学性能,所以准确掌握和测量材料的高温烧结温度非常重要。我们一般采用陶瓷测温环、热电偶等工具测量高温烧结温度,但是这些测量结果只能反映高温烧结的环境温度,正极材料烧结过程中真正承受的温度是无法直接测量的,并且有些场合这些测温设备应用受到一定限制,导致无法使用;而且在高温烧结过程中,受限于加热元件位置分布、被烧结物料空间分布、加热介质等因素影响,物料实际烧结的温度可能不均衡,如果需要知道某些区域温度,传统的测温方法无法得到准确的烧结温度数据;另外在实际试验过程中,我们要经常面临切换高温炉进行烧结,而各台高温炉受限于热电偶的差异设置温度与实际温度有一定的差异,同时高温炉设计温度补偿不一定是线性关系,例如同一台炉子700-800℃温度设定值和实际值是+5℃温度补偿,900-1000℃可能就不是这一数值温度补偿,这些都是实际烧结过程中遇到的一些问题,给实验过程中掌握正极材料真实烧结温度带来困难和麻烦。
技术实现思路
为了克服现有技术不足,本专利技术开发一种正极材料高温烧结温度的检测方法。采用X射线衍射仪观察烧结样品的衍射峰,利用衍射图谱中特征峰的半峰宽和晶粒尺寸的对应关系,建立半峰宽-晶粒尺寸-烧结温度的对应关系,从而快速确定每次烧结试验高温炉烧结实际温度或测量某一烧结微区的烧结温度。为了实现上述目的,本专利技术的采用以下技术方案:一种正极材料高温烧结温度的检测方法,包括:1)在设定的烧结温度范围内选取N个不相同的温度点,将待烧结的物料分别置于N个温度点下按设定的烧结制度烧结,分别获取得到的各正极材料某一特征衍射峰的半峰宽数据;2)将步骤1)中选取的N个温度点和对应的某一特征衍射峰半峰宽数据作图,得到拟合线;3)将同一待烧结的物料在步骤1)所述的烧结温度范围内的任一温度下按设定的烧结制度烧结,获取与步骤1)同一类型特征衍射峰的半峰宽数据,其在步骤2)中的拟合线中对应的温度即为检测到的实际烧结温度。进一步地,所述正极材料选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂的一种或几种;进一步地,步骤1)的烧结温度范围为500-1200℃;进一步地,步骤1)中的N为2-50;进一步地,步骤1)中某一特征衍射峰优选正极材料特征三强峰的一个峰或多个峰;进一步地,步骤1)和3)设定的烧结制度中达到最高烧结温度前,烧结各区段温度和时间设置相同;进一步地,步骤1)和3)设定的烧结制度中最高烧结温度不同,但烧结时间相同;进一步地,步骤1)和3)中通过相同的XRD测试方法获取特征衍射峰的半峰宽数据;进一步地,相同的XRD测试方法是指测试XRD时采用同一台仪器,且仪器设置的测试参数(包括范围、步长、停留时间等)相同。本专利技术开发的一种正极材料高温烧结温度的检测方法,将同一正极材料混粉率先烧结不同高温温度梯度的样品并采用统一XRD测试制度测量出对应样品的衍射谱图,将烧结的高温温度和衍射谱图某一特征峰的半峰宽两参数作图,拟合得到一条线,暂称“XRD-温度尺”,若要测量某一烧结炉的炉温,再取同一混粉按照相同的升温制度和保温时间烧结样品,测试特征峰半峰宽数据,和“XRD-温度尺”比对就能够得到待测试烧结炉真实炉温。本方法利用的粉末X射线衍射峰半峰宽与多种因素有关,包括仪器分辨率、晶粒的形貌、粒径分布、晶粒内部的微观应变缺陷和晶粒尺寸等等,正极材料在烧结过程中一般是采用一定的前驱体和锂源反应,高温烧结过程中,锂源熔化附着在正极材料前驱体上,以此为模板生成正极材料原核并不断发育长大的过程,因为是借助模板生长发育,所以采用同一正极材料混粉,就能够保证一致的形貌、粒径分布和微观应变缺陷;XRD测试采用同一衍射仪器相同的测试条件,这些检测设置保证经过不同温度烧结的正极材料衍射峰半峰宽数据只与晶粒尺寸密切相关。根据Sherrer公式Dhkl=Kλ/(Bcosθhkl),半峰宽和材料晶粒尺寸存在一定的数学关系,而正极材料烧结温度越高,前驱体一次颗粒间融合,生长越大,相应的微观晶粒也一定程度上长大,从而能够得到烧结温度和半峰宽的依存关系,我们通过试验发现,在一定的烧结温度范围内,正极材料烧结温度与对应样品XRD半峰宽值接近线性相关,反过来就能帮我们判断烧结温度的具体值。本专利技术的有益效果是:本方法能够得到烧结局部材料本身承受的实际高温烧结温度,相比采用热电偶或其它测试方法测试环境温度,本方法一是能够避免环境温度分布不均造成的测量温度与材料实际烧结温度的差异;二是考虑到实际烧结过程中坩埚形状、加热丝(棒)分布、物料堆积等造成的温度场差异,本方法能够测量局部材料的实际烧结温度,从而反向判断温场分布,控制产品品质一致性;三是适用于不同烧结炉切换时面临的烧结样品实际温度差异,有利于保证试验样品烧结温度的一致性;四是特别适用于一些无法直接采用热电偶或其它测试方法测试温度的场合等。附图说明图1是实施例1中523型镍钴锰酸锂不同烧结温度XRD衍射图。图2是实施例1中523型镍钴锰酸锂烧结温度和(104)峰半峰宽值关系图。图3是实施例2中622型镍钴锰酸锂烧结温度和(003)峰半峰宽值关系图。图4是实施例3中622型镍钴锰酸锂烧结温度和(101)峰半峰宽值关系图。图5是实施例4中622型镍钴锰酸锂辊道窑烧结取样坩埚列序和(003)峰半峰宽值关系图。图6是实施例5中钴酸锂烧结温度和(003)峰半峰宽值关系图。图7是实施例6中磷酸铁锂烧结温度和(311)峰半峰宽值关系图。具体实施方式为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂,结合本专利技术的内容提供以下实施例,并配合所附图作详细说明如下。实施例1称取100gNi0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,41gLi2CO3一起加入球磨罐中混合均匀,将混合粉末均分成4份,采用同一烧结炉设置烧结制度为2h升温到750℃,并750℃保温1h,再2h升高到最高温度并保温10h,依次设置烧结炉最高烧结温度为890℃、910℃、930℃、950℃并按顺序烧结样品,采用BrukerD8Advance型X射线衍射仪测试4个样品,仪器参数设置如下:测试范围10-85°,步长0.018°,停留时间0.27s。测试样品衍射图谱如图1所示,将2θ在44-45°范围的(104)晶面衍射峰放大,如图1右上插图所示,读取每个衍射峰半峰宽数据,列入表1。以烧结温度为横坐标,对应样品(104)晶面衍射峰半峰宽值为纵坐标作图,如图2所示。通过图2可以发现最高烧结温度和523型镍钴锰酸锂(104)峰半峰宽值近似拟合成一条直线。表1不同最高烧结温度对应的样品(104)晶面衍射峰半峰宽数据最高烧结温度(℃)样品(104)晶面衍射峰半峰宽8900.2289100.2149300.1989500.184实施例2称取100gNi0.6Co0.2Mn0.2(OH)2,45gLi2CO3一起加入球磨罐中混合均匀,将混合粉末均分成7份,采用同一烧结炉设置烧结制度为2.5h升温到55本文档来自技高网...
一种正极材料高温烧结温度的检测方法

【技术保护点】
一种正极材料高温烧结温度的检测方法,包括:1)在设定的烧结温度范围内选取N个不相同的温度点,将待烧结的物料分别置于N个温度点下按设定的烧结制度烧结,分别获取得到的各正极材料某一特征衍射峰的半峰宽数据;2)将步骤1)中选取的N个温度点和对应的某一特征衍射峰半峰宽数据作图,得到拟合线;3)将同一待烧结的物料在步骤1)所述的烧结温度范围内的任一温度下按设定的烧结制度烧结,获取与步骤1)同一类型特征衍射峰的半峰宽数据,其在步骤2)中的拟合线中对应的温度即为检测到的实际烧结温度。

【技术特征摘要】
1.一种正极材料高温烧结温度的检测方法,包括:1)在设定的烧结温度范围内选取N个不相同的温度点,将待烧结的物料分别置于N个温度点下按设定的烧结制度烧结,分别获取得到的各正极材料某一特征衍射峰的半峰宽数据;2)将步骤1)中选取的N个温度点和对应的某一特征衍射峰半峰宽数据作图,得到拟合线;3)将同一待烧结的物料在步骤1)所述的烧结温度范围内的任一温度下按设定的烧结制度烧结,获取与步骤1)同一类型特征衍射峰的半峰宽数据,其在步骤2)中的拟合线中对应的温度即为检测到的实际烧结温度。2.如权利要求1所述的一种正极材料高温烧结温度的检测方法,其特征在于,所述正极材料选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂的一种或几种。3.如权利要求1所述的一种正极材料高温烧结温度的检测方法,其特征在于,步骤1)的烧结温度范围为500-1200℃。4.如权利要求1所述的一种正极材料高温烧结温度的检测方法,其特征在于,步骤1)中的N为2-50...

【专利技术属性】
技术研发人员:王欢欢黄震雷韩坤明陈全彬董彬彬周恒辉杨新河
申请(专利权)人:北大先行科技产业有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1