微波消解硅碳负极材料

1前言  

石墨类负极作为主要的负极材料，应用已经非常广泛，但是石墨类负极材料容量已做到360mAh/g，已经接近372mAh/g的理论克容量，再想提升其空间已很难实现。而硅与碳化学性质相近，理论比容量高达3572 mA·h/g，远高于商业化石墨理论比容量。但是硅负极材料存在的问题有循环寿命低、体积变化大、持续产生SEI膜，而硅碳负极材料可以有效改善这些问题，所以硅碳负极材料是未来负极材料的发展重点。《GBT24533-2009锂离子电池石墨类负极材料标准》规定了石墨类负极材料中多种重金属的含量要求，采用微波消解的方法对其进行前处理，本方法消解迅速，酸用量少，酸雾污染小，有利于后续AAS、ICP等对样品中重金属元素的准确快速测定。

2仪器与试剂

2.1 仪器

新仪MDS-6G微波消解仪，ECH-2赶酸器，分析天平(十万分之一)等。

2.2 试剂

硝酸(68%)，氢氟酸（40%），硫酸（98%），高氯酸（72%）  

3实验方法

3.1 样品前处理

将样品碾碎，粉碎效果越好消解难度越低。

3.2 消解条件的探究

硝酸是重金属消解最常用的酸，也是很多消解实验的基础酸。硝酸具有很强的酸性和氧化性，且绝大多数硝酸盐易溶于水，为后续测试带来方便，我们首先选用硝酸进行实验。

3.2.1 消解用酸

硝酸消解样品常用温度为180℃，这个温度下硝酸具有极强的氧化性，可以溶解大部分样品，当温度升至200度时，该样品仍无明显反应。

样品中含有比较稳定的碳材料，需要采用氧化性更强的高氯酸将其消解。我们选择几种与高氯酸搭配的体系，进行消解实验，结果如下：

注：实验取样量为0.1g，消解温度220℃，消解时间20min。

当采用1mL硫酸+5ml硝酸+1ml高氯酸+1mL氢氟酸的酸体系时，最大消解量为0.4g。

3.2.2 取样量

碳经过消解会生成大量的二氧化碳，为保证实验压力在安全范围以内，经过实验，取样量应控制在0.1g以内。

4结果

硅碳负极材料样品可完全消解，取样量在0.1g以内，加入3mL硫酸、3mL硝酸、1mL高氯酸和1mL氢氟酸，220℃下消解20分钟。

参考文献

[1] GBT24533-2009锂离子电池石墨类负极材料标准

注意事项

实验之前用离子风机处理内罐，减少因静电作用而吸附在罐壁上的样品，加酸时将罐壁上吸附的样品，冲洗至罐底部；消解实验完成后，待消解罐冷却至室温，压力较小时，方可取出；当样品取样量较低就可满足实验需求时，可降低硫酸的量，改用硝酸代替，因为硫酸无法通过赶酸去除，会对后续检测带来一定影响。