炭材料测定方法 第1部分：首次放电比容量、首次库仑效率、不同倍率放电容量保持率的测定-最新国标

炭材料测定方法
第1部分：首次放电比容量、首次库伦效率、不同倍率放电容
量保持率的测定
1范围
本标准规定了锂离子电池炭负极材料首次放电比容量、首次库伦效率、不同倍率放电容量保持率的测定的术语和定义、试剂与材料、仪器与设备、试样的制备、分析步骤、结果计算与数据处理和试验报告。

本标准适用于锂离子电池用人造石墨、天然石墨、炭复合氧化亚硅、硅炭、硬炭、软炭等炭负极材料首次充电比容量、首次库仑效率、不同倍率放电容量保持率的测试。

2规范性引用文件
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GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定
GB/T3782乙炔炭黑
GB/T4369锂
GB/T5187铜及铜合金箔材
GB/T21653镍及镍合金线和拉制线坯
3术语和定义
3.1首次充电比容量
以金属锂为对电极，待测活性材料为工作电极，组装扣式电池。

在25℃±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充电比容量(脱锂)。

3.2首次库仑效率
以金属锂为对电极，待测活性材料为工作电极，组装扣式电池。

在25℃±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充电比容量(脱锂)除以首次放电比容量(嵌锂)为首次库仑效率。

3.3不同倍率放电容量保持率性能
以金属锂为对电极，待测活性材料为工作电极，组装扣式电池。

在25℃±1℃的条件下，按照电池充放电测试仪器操作规程进行测试，扣式电池0.2C放电比容量除以0.1C放电比容量得到0.2C放电容量保持率，1C放电比容量除以0.1C放电比容量得到1C放电容量保持率，2C 放电比容量除以0.1C放电比容量得到2C放电容量保持率。

4试剂与材料
4.1导电剂
乙炔黑符合GB/T3782规定或相同类型导电炭黑；
SFG-6或相同类型导电石墨；
KS-6或相同类型导电石墨。

4.2粘结剂
聚丙烯酸（PAA），型号LA133，或同等性能粘结剂；
羧甲基纤维素钠（CMC），型号MAC350HC，或同等性能粘结剂；
丁苯橡胶（SBR）,型号307R，或同等性能粘结剂。

4.3金属锂片或锂带
符合GB/T4369中金属锂片或锂带的要求。

4.4集流体
铜箔符合GB/T5187中的规定或同等类型集流体，厚度9μm。

4.5锂集流体
镍网(GB/T21653)或同等类型集流体。

4.6隔膜
PE-PP复合膜或同等类型隔膜，20μm。

4.7电解液
1mol/L LiPF6的EC(碳酸乙烯脂)/DMC(碳酸二甲脂)/EMC(碳酸甲乙脂)(EC与DMC与EMD体积比为1:1:1)电解液或同等类型电解液。

4.8扣式电池组件
负极壳、隔膜、垫片、正极壳、绝缘镊子等或同等类型的电池模具。

5仪器与设备
5.1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）或同等类型测试仪。

5.2扣式电池
封闭体系、聚四氟乙烯材质或等同类型的电池模具。

5.3手套箱
一个标准大气压，99.999%的惰性气体，H2O≤2mg/kg、O2≤3mg/kg或同等类型手套箱。

5.4真空干燥箱
真空干燥箱(精度：真空度<100Pa，温度范围50℃~250℃)或拥有同等功能的干燥箱。

5.5鼓风干燥箱
鼓风干燥箱(温度范围10℃~120℃)或同等功效干燥箱。

5.6干燥器皿
相对湿度<25%或同等类型干燥器皿。

5.7天平
感量：0.0001g或同等类型天平；
感量：0.00001g或同等类型天平。

5.8搅拌器
转速：2000r/min或同等类型搅拌器。

5.9涂膜涂布器
200μm或同等类型涂布器。

6试样的制备
6.1将试样和导电剂放入烘箱中，120℃烘烤4h，然后转到干燥器皿内冷却。

将试样、粘结剂、导电剂按比例混合，根据不同类型负极材料选择不同的充放电制度；
1）硅炭、硬炭：试样、粘结剂、导电剂按质量比91:6:3称取，分别称取2.275g试样、0.075 g导电剂的混合物粉末(准确到0.0001g)以及6.0g PAA水溶液（浓度为5％粘结剂）；
2）炭复合氧化亚硅：试样、粘结剂、导电剂按质量比75:15:10称取，分别称取1.4g试样、0.3g导电剂的混合物粉末(准确到0.0001g)以及6.0g PAA水溶液（浓度为5％粘结剂）；
3）人造石墨：试样、粘结剂1、粘结剂2、导电剂按质量比95:1.5:1.5:2称取，分别称取4.75 g试样、0.15g导电剂的混合物粉末(准确到0.0001g)以及6.25g CMC水溶液（浓度为1.2％粘结剂）和0.2g SBR水溶液（浓度为50％粘结剂）；
4）天然石墨：试样、粘结剂、导电剂按质量比96.5:1.5:2称取，分别称取4.875g试样(准确到0.0001g)、6.25g CMC水溶液（浓度为1.2％粘结剂）和0.2g SBR水溶液（浓度为50％粘结剂）；
5）软炭：试样、粘结剂按质量比95:5称取，分别称取4.75g试样(准确到0.0001g)以及5.0g PAA水溶液（浓度为5％粘结剂）。

6.2将准备好的混合物粉末与粘结剂水溶液加入50mL小烧杯中，采用行星式搅拌器，以2000 r/min的转速搅拌10min（或同等效果搅拌方法）至混合物浆料呈膏状。

6.3将膏状浆料均匀涂抹于铜箔上，用200μm涂膜涂布器将浆料刮在铜箔上，直至表面光滑，然后放入鼓风干燥箱中，100℃烘烤0.5h，或者使用同等类型的涂布方式获得单面面密度为60~100g/m2的极片。

6.4烘烤的极片经裁片、压片呈各种形状的电极(长方形带状、条状或圆形等)，准确称重(准确到0.00001g)后，移入真空干燥箱中130℃烘烤8h，得到活性材料工作电极。

6.5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，然后将其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极)。

6.6以上述步骤制成的工作电极和对电极，1mol/L LiPF6的EC(碳酸乙烯脂)/DMC(碳酸二甲脂)/EMC(碳酸甲乙脂)(EC与DMC与EMD体积比为1:1:1)为电解液(或其它同等性能的电解液)，在手套箱中组装成密封完好的符合电极体系的扣式半电池。

备注：试样极片在干燥房间内制备，温度：23℃±2℃；相对湿度≤35%。

试样电池在手套箱内制备，温度：
23℃±2℃；H
2O≤2mg/kg；O
2
≤10mg/kg。

7分析步骤
将扣式电池在电池程控测试仪上进行充电－放电循环。

计算多只模拟电池数据平均值：
1）首次放电比容量和首次库伦效率的测试条件如下：充放电倍率为0.1C，电压范围为0.005 V-1.5V；
2）不同倍率放电容量保持率的测试条件如下：首周充放电倍率为0.1C，电压范围为0.005V-1.5 V；第二周充放电倍率为0.2C，电压范围为0.005V-1.5V。

第三周放电倍率为0.2C，充电倍率为2C，电压范围为0.005V-1.5V。

第四周充放电倍率为0.2C，电压范围为0.005V-1.5V。

第五周放电倍率为1C，充电倍率为0.2C，电压范围为0.005V-1.5V。

第六周放电倍率为2C，充电倍率为0.2C，电压范围为0.005V-1.5V。

8结果计算与数据处理
试样的首次放电比容量和首次库仑效率分别按下式(F.2)和式(F.6)计算，0.2C放电容量保持率、1C放电容量保持率、2C放电容量保持率分别按下式(F.3)、式(F.4)、式(F.5)计算，计算结果按GB/T8170的规定修约至小数点后两位数字：
Q0.1,cha=C0.1,cha/m…………………………(F.1)
Q0.1,dis=C0.1,dis/m…………………………(F.2)
Q0.2dis=C0.2,dis/m…………………………(F.3)
Q1,dis=C1,dis/m…………………………(F.4)
Q2,dis=C2,dis/m…………………………(F.5)
CE0.1=Q0.1C,dis/Q0.1C,cha×100%…………………………(F.6)式中：
Q0.1,cha——以0.1C倍率电流充放电时首次充电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；
C0.1,cha——以0.1C倍率电流充放电时首次充电容量，单位为毫安时(mAh)；
m——活性物质质量，单位为克(g)；
Q0.1,dis——以0.1C倍率电流充放电时首次放电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；
Q0.2,dis——以0.2C倍率电流充放电时首次放电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；
Q1,dis——以1C倍率电流充放电时首次放电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；
Q2,dis——以2C倍率电流充放电时首次放电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；
C0.1,dis——以0.1C倍率电流充放电时首次放电容量，单位为毫安时(mAh)；
Q0.2,dis——以0.2C倍率电流充放电时首次放电容量，单位为毫安时(mAh)；
Q1,dis——以1C倍率电流充放电时首次放电容量，单位为毫安时(mAh)；
Q2,dis——以2C倍率电流充放电时首次放电容量，单位为毫安时(mAh)；
CE0.1——首次库伦效率，用(%)表示。

9实验报告
应包含以下内容：
a)样品名称、生产批号、测试日期、时间、地点、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。