(高清版)GB∕T 38823-2020 硅炭 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

ICS29.050國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T38823—2020 I 1 1 14分類和代號(hào) 2 2 26試驗(yàn)方法 3 36.2粒度分布 3 36.4振實(shí)密度 36.5碳含量 36.6硅含量 36.7壓實(shí)密度 3 36.9磁性物質(zhì)含量 36.10微量金屬元素含量 36.11首次放電比容量和首次庫(kù)侖效率 36.12限用物質(zhì) 3 47.1采樣方法 47.2檢驗(yàn)分類 47.3驗(yàn)收規(guī)則 4 5 5 5 5附錄A(規(guī)范性附錄)碳含量的測(cè)定方法 6附錄B(規(guī)范性附錄)硅含量的測(cè)定方法 8附錄C(規(guī)范性附錄)微量金屬元素含量的測(cè)定方法 附錄D(規(guī)范性附錄)首次放電比容量和首次庫(kù)侖效率的測(cè)定方法 IGB/T38823—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC183)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：貝特瑞新材料集團(tuán)股份有限公司、惠州市鼎元新能源科技有限公司、國(guó)聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院有限責(zé)任公司、深圳市斯諾實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院。1GB/T38823—2020本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種鋰離子電池用硅炭負(fù)極材料。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T191包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志GB/T2828.1計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序第1部分：按接收質(zhì)量限(AQL)檢索的逐批檢驗(yàn)抽樣計(jì)劃GB/T2829周期檢驗(yàn)計(jì)數(shù)抽樣程序及表(適用于對(duì)過程穩(wěn)定性的檢驗(yàn))GB/T3782乙炔炭黑GB/T5187銅及銅合金箔材GB/T6388運(yùn)輸包裝收發(fā)貨標(biāo)志GB/T6682分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T13732粒度均勻散料抽樣檢驗(yàn)通則GB/T19077粒度分析激光衍射法GB/T19587氣體吸附BET法測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積GB/T21653鎳及鎳合金線和拉制線坯GB/T24533鋰離子電池石墨類負(fù)極材料GB/T26125電子電氣產(chǎn)品六種限用物質(zhì)(鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚)的測(cè)定GB/T33827鋰電池用納米負(fù)極材料中磁性物質(zhì)含量的測(cè)定方法3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。硅材料與炭素材料組成的復(fù)合粉體材料。硅炭與正極材料在一定體系下協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)鋰離子電池4分類和代號(hào)根據(jù)產(chǎn)品的首次放電比容量進(jìn)行分類。主要分為五類：--—400mAh/g≤首次放電比容量<600mAh/g,用SiC-I表示；——600mAh/g≤首次放電比容量<900mAh/g,用SiC-Ⅱ表示；2GB/T38823—2020——900mAh/g≤首次放電比容量<1200mAh/g,用SiC-Ⅲ表示；——1200mAh/g≤首次放電比容量<1500mAh/g,用SiC-IV表示；——首次放電比容量≥1500mAh/g,用SiC-V表示。硅炭的理化指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定，產(chǎn)品指標(biāo)應(yīng)滿足該類產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)，否則不歸于該類別。殊要求的產(chǎn)品由供需雙方協(xié)商確定性能要求和驗(yàn)收方式。技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)品代號(hào)理化性能比表面積*/(m2/g)振實(shí)密度*/(g/cm3)碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%壓實(shí)密度*/(g/cm3)硅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))*/%水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%磁性物質(zhì)含量*(Fe+Co+≤0.1≤0.1≤0.1≤0.1≤0.1微量金屬元素含量*/電化學(xué)性能(扣式電池)0.1C首次放電比容量*/(mAh/g)0.1C首次庫(kù)侖效率*/%限用物質(zhì)注：帶*的指標(biāo)為關(guān)鍵指標(biāo)，不帶*的指標(biāo)為參考指標(biāo)。GB/T38823—20206試驗(yàn)方法按照GB/T19077進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試條件：折射率2.61。按照GB/T19587進(jìn)行測(cè)定。按照GB/T24533進(jìn)行測(cè)定。按照附錄A進(jìn)行測(cè)定。按照附錄B進(jìn)行測(cè)定。按照GB/T24533進(jìn)行測(cè)定。按照GB/T24533進(jìn)行測(cè)定。按照GB/T33827進(jìn)行測(cè)定。按照附錄C進(jìn)行測(cè)定。按照附錄D進(jìn)行測(cè)定。按照GB/T26125進(jìn)行測(cè)定。34GB/T38823—20207檢驗(yàn)規(guī)則硅炭按GB/T13732粒度均勻散料抽樣檢驗(yàn)通則進(jìn)行取樣。用潔凈的取樣釬(不銹鋼牌號(hào)316或軸線周圍20mm范圍內(nèi)取樣。抽樣按照GB/T2828.1和GB/T2829中的抽樣相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。a)樣品類別及編號(hào)；b)總體物料批號(hào)及數(shù)量；d)采樣日期；e)采樣者姓名。對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的技術(shù)要求全部進(jìn)行檢驗(yàn)。在有下列情況之一時(shí)進(jìn)行型式檢驗(yàn)：b)生產(chǎn)工藝流程有變化時(shí)；d)客戶有特殊要求時(shí)；e)正常情況下每年不少于1次型式檢驗(yàn)。7.3.1產(chǎn)品符合表1中技術(shù)指標(biāo)要求為合格品。若有1項(xiàng)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)從同批產(chǎn)品的取7.3.3收貨方復(fù)驗(yàn)期限為2個(gè)月，如有異議時(shí)，應(yīng)雙方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。GB/T38823—20208.1.1產(chǎn)品的包裝應(yīng)符合GB/T191的規(guī)定，凈重由供需雙方協(xié)商。8.1.2包裝應(yīng)在干燥環(huán)境條件下進(jìn)行，先將產(chǎn)品裝入防水包裝袋(殊的包裝要求由供需雙方商定。a)產(chǎn)品名稱；b)產(chǎn)品代號(hào)及規(guī)格；c)本標(biāo)準(zhǔn)的編號(hào)；d)凈重；e)生產(chǎn)廠名；g)警示說明；h)其他標(biāo)識(shí)。8.3.5供方應(yīng)提供本產(chǎn)品的安全技術(shù)說明書(MSDS)和安全標(biāo)簽。56GB/T38823—2020(規(guī)范性附錄)碳含量的測(cè)定方法A.1方法提要在氧氣流中燃燒將碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳和/或二氧化碳，一氧化碳在高溫下被催化氧化成二氧化碳。利用氧氣流中二氧化碳的紅外吸收光譜進(jìn)行測(cè)量。A.2儀器設(shè)備裝置A.2.2干燥器。A.2.3電子天平：感量0.0001g。A.2.4瓷坩堝，按照儀器廠商的規(guī)定，能夠耐高頻感應(yīng)爐中燃燒，不產(chǎn)生碳的化學(xué)物質(zhì)，空白值小于0.002%,標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.0005%。注：碳的污染物通常可通過在空氣中將坩堝置于馬弗爐中燃燒除去，1000℃燃燒時(shí)間不少于40min,1350℃燃燒時(shí)間不少于15min。然后將坩堝取出，置于干凈的耐熱盤中，冷卻2min～3min,最后將坩堝保存于干燥器中。A.2.5坩堝鉗，可夾住瓷坩堝(見A.2.4)。A.3分析步驟警示——與燃燒分析有關(guān)的主要危險(xiǎn)是燃燒坩堝及由此產(chǎn)生的熔融狀態(tài)時(shí)發(fā)生的燃燒，任何時(shí)候都要使用坩堝鉗，并將用過的坩堝存放在合適的容器中，打開氧氣閥時(shí)要小心，燃燒過程中的氧氣應(yīng)從儀器中清除掉，因?yàn)楦邼舛鹊难鯕庠讵M小的空間中易造成火災(zāi)。A.3.1儀器狀態(tài)確認(rèn)：按照廠家說明準(zhǔn)備操作、檢查燃燒單元和測(cè)量單元的氣密性。在校準(zhǔn)儀器和測(cè)量空白前，用能測(cè)出碳和硫含量的樣品(添加助熔劑)至少測(cè)試5次，待儀器穩(wěn)定后進(jìn)行下一步操作。樣品建議采用多點(diǎn)法或線性校準(zhǔn)儀器。A.3.3稱樣：根據(jù)樣品碳含量的大小不同，用電子天平(見A.2.3)精確稱取一定量的樣品于陶瓷坩堝內(nèi)鋪勻，并在軟件中輸入樣品名稱及質(zhì)量(精確到0.0001g)。注：樣品的稱樣量與選擇的有證參考物質(zhì)的碳含量有關(guān)系，樣品的絕對(duì)碳含量在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)即可。A.3.5用坩堝鉗將A.3.4中所述坩堝置于坩堝托中，確認(rèn)輸入信息無(wú)誤后開啟測(cè)試程序。A.3.6待測(cè)試完畢，盛放樣品的坩堝自動(dòng)從爐中退出，將測(cè)試結(jié)果記錄于原始記錄中。A.3.7熱坩堝處理：測(cè)試完成后用坩堝鉗將熱坩堝放入統(tǒng)一的容器中冷卻，防止起火。A.3.8關(guān)機(jī)。A.4結(jié)果計(jì)算和數(shù)據(jù)處理讀取儀器自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)，平行測(cè)試2次取平均值，按照GB/T8170“四舍五入”的規(guī)定保留4位有效GB/T38823—2020數(shù)字，即××.××%。A.5試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：b)分析結(jié)果及表示方法；c)在測(cè)定中觀察到的異?，F(xiàn)象；d)任何不包括在本標(biāo)準(zhǔn)中的操作或是自由選擇的試驗(yàn)條件。78(規(guī)范性附錄)硅含量的測(cè)定方法B.1方法提要在氧氣或空氣環(huán)境下，硅炭材料經(jīng)1200℃高溫灼燒，其中的碳與氧氣反應(yīng)生成CO?氣體排出，硅與氧氣反應(yīng)生成SiO?,材料最終全部轉(zhuǎn)化為SiO?。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物SiO?的質(zhì)量，可計(jì)算出原樣品中硅元素的質(zhì)量，從而得到硅炭材料中硅元素的含量。B.2.6鼓風(fēng)烘箱。B.2.7干燥器。B.2.8不銹鋼托盤。B.3分析步驟B.3.1坩堝預(yù)處理測(cè)試前將剛玉坩堝洗凈烘干，并在箱式電阻爐或氣氛爐(見B.2.1)中1200℃灼燒1h,溫度降至200℃以下取出，稍冷后放入干燥器中冷卻至室溫，稱重。然后再次灼燒，至兩次質(zhì)量差不大于0.3mg。B.3.2樣品稱量稱量樣品1.0000g～1.2000g至剛玉坩堝中，準(zhǔn)確至0.1mg,稱量2個(gè)，進(jìn)行平行試驗(yàn)。B.3.3測(cè)試B.3.3.2箱式電阻爐或氣氛爐(見B.2.1)灼燒程序設(shè)置：升溫速率不大于20℃/min,從室溫升至1200℃,1200℃灼燒8h,然后停止加熱。根據(jù)設(shè)備說明書或其他技術(shù)文件的要求，對(duì)箱式電阻爐或氣氛爐進(jìn)行預(yù)烘干處理，以防止儀器、坩堝發(fā)生破裂等故障。加熱過程中樣品、坩堝若發(fā)生爆裂飛濺或被污染，可重新調(diào)整升溫程序，重做試驗(yàn)。B.3.3.4冷卻、稱量：當(dāng)箱式電阻爐或氣氛爐(見B.2.1)溫度降至200℃以下時(shí)，打開爐門，用坩堝鉗取出坩堝，放置于干凈的不銹鋼托盤中。冷卻2min,將托盤及樣品一起放入干燥器中，冷卻至室溫。用9GB/T38823—2020電子天平(見B.2.3)稱量冷卻后的坩堝及產(chǎn)物總質(zhì)量。B.3.3.5恒重：將坩堝及產(chǎn)物再次放入箱式電阻爐或氣氛爐(見B.2.1)中，按B.3.3.1～B.3.3.4步驟再次灼燒和稱量。比較與第一次灼燒后的質(zhì)量差異，如果不超過0.3mg,則測(cè)試結(jié)束；否則重復(fù)本步驟，直至兩次灼燒后質(zhì)量差異不超過0.3mg。B.3.4結(jié)果計(jì)算B.3.4.1按照B.3.3的步驟分別記錄坩堝質(zhì)量mo、樣品質(zhì)量m?、灼燒后坩堝及產(chǎn)物總質(zhì)量m?、恒重后坩堝及產(chǎn)物總質(zhì)量m?,則樣品中硅含量按式(B.1)計(jì)算：式中：……(B.1)Wsi--—樣品中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m?！釄遒|(zhì)量，單位為克(g);m?——樣品質(zhì)量，單位為克(g);m?——灼燒恒重后坩堝及產(chǎn)物總質(zhì)量，單位為克(g);28.09——硅的相對(duì)原子質(zhì)量；B.3.4.2結(jié)果計(jì)算和數(shù)據(jù)處理：平行測(cè)試2次取平均值。質(zhì)量保留4位小數(shù)(即保留至0.1mg),硅含量保留4位有效數(shù)字，即××.××%或×.×××%。數(shù)字修約按GB/T8170“四舍五入”的規(guī)定。B.4試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：a)樣品名稱、批號(hào)、測(cè)試日期、試驗(yàn)使用儀器型號(hào)和操作人員等；b)分析結(jié)果及表示方法；c)在試驗(yàn)中觀察到的異?，F(xiàn)象；d)任何不包括在本標(biāo)準(zhǔn)中的操作或是自由選擇的試驗(yàn)條件。GB/T38823—2020(規(guī)范性附錄)微量金屬元素含量的測(cè)定方法C.1方法提要樣品加入王水(濃鹽酸和濃硝酸按體積比3:1組成的混合物)后，用微波消解儀溶解，經(jīng)過濾、定容C.2試劑及材料所用水應(yīng)符合GB/T6682中一級(jí)水的要求。a)鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1726-2004,濃度為1000μg/mL;b)鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1722-2004,濃度為1000pg/mL;c)銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1725-2004,濃度為1000μg/mL;d)鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1740-2004,濃度為1000μg/mL;e)鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1713-2004,濃度為1000μg/mL;f)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1723-2004,濃度為1000μg/mL;g)鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GSB04-1761-2004,濃度為1000μg/mL。C.2.5貯備混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(50mg/L):分別移取5mLC.3儀器與設(shè)備C.3.2加熱裝置：微波消解儀或等同性能的加熱裝置。C.4系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制分別準(zhǔn)確吸取貯備混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(見C.2.5)0mL、0.10mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL置于6個(gè)100mL容量瓶中，各加入5mL素濃度分別為0mg/L、0.050mg/L、0.10mg/L、0.25mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L的校準(zhǔn)空白及系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。GB/T38823—2020C.5試樣的制備緊樣品蓋，置于微波消解儀內(nèi)消解(消解溫度不低于180℃,時(shí)間不低于15min)。消解完后，冷卻至室C.6測(cè)定在選定的最佳工作條件下，待儀器穩(wěn)定后，設(shè)置測(cè)定波長(zhǎng)(可參考表C.1),輸入樣品信息，將校準(zhǔn)空白、系列標(biāo)準(zhǔn)溶液依次吸入，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后再將試驗(yàn)空白及樣品溶液以同樣的方法直接測(cè)定。表C.1元素波長(zhǎng)選擇元素波長(zhǎng)/nm元素波長(zhǎng)/nm鐵238.204鋁396.153鈷228.616鉻267.716銅327.393鋅213.857鎳231.604—C.7結(jié)果計(jì)算與數(shù)據(jù)處理C.8試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：b)分析結(jié)果及表示方法；c)在試驗(yàn)中觀察到的異?，F(xiàn)象；d)任何不包括在本標(biāo)準(zhǔn)中的操作或是自由選擇的試驗(yàn)條件。GB/T38823—2020(規(guī)范性附錄)首次放電比容量和首次庫(kù)侖效率的測(cè)定方法D.1方法提要D.1.1首次放電比容量(脫鋰)以金屬鋰為負(fù)電極組裝扣式電池，在23℃±2℃的條件下，按照電池充放電測(cè)試儀器操作規(guī)程測(cè)試出的扣式電池首次放電比容量(脫鋰)。D.1.2首次庫(kù)侖效率以金屬鋰為負(fù)電極組裝扣式半電池，在23℃±2℃的條件下，按照電池充放電測(cè)試儀器操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試出的扣式電池首次放電比容量(脫鋰)除以首次充電比容量(嵌鋰)得到首次庫(kù)侖效率。D.2試劑及材料D.2.1導(dǎo)電劑：乙炔黑(按GB/T3782)或相同類型導(dǎo)電炭黑。D.2.2粘結(jié)劑：聚丙烯酸(PAA),型號(hào)為L(zhǎng)A133,或同等性能粘結(jié)劑。D.2.3純水：應(yīng)符合GB/T6682中三級(jí)水的要求。D.2.4金屬鋰片或鋰帶：應(yīng)符合GB/T4369中金屬鋰片或鋰帶的要求。D.2.5硅炭集流體：銅箔(按GB/T5187)或相同類型集流體。D.2.6鋰集流體：鎳網(wǎng)(按GB/T21653)或相同類型集流體。D.2.7隔膜：PE-PP復(fù)合膜或相同類型隔膜。D.2.8電解液：1mol/LLiPF6的EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)/EMC(碳酸甲乙酯)(EC與DMC與EMD體積比為1:1:1)電解液或相同類型電解液。D.3儀器與設(shè)備D.3.1電池測(cè)試儀電池測(cè)試儀(電流精度：0.1%RD+0.1%FS;電壓精度：0.1%RD+0.1%FS)或相同類型測(cè)試儀。D.3.2扣式電池模具D.3.3手套箱一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，99.999%的惰性氣體，水分含量小于或等于1mg/m3、氧氣含量小于或等于1mg/m3或相同類型手套箱。D.3.4真空干燥箱真空干燥箱(真空度<100Pa,溫度范圍：50℃~250℃)或相同類型干燥箱。GB/T38823—2020D.3.5鼓風(fēng)干燥箱鼓風(fēng)干燥箱(溫度范圍：室溫～250℃)或相同功效干燥箱。D.3.6干燥器皿相對(duì)濕度<25%或相同類型干燥器皿。D.3.7天平感量：0.0001g和0.00001g,或相同類型天平。D.3.8攪拌器2000r/min或相同類型攪拌器。D.3.9涂膜涂布器200μm或相同類型涂布器。D.4試樣的制備D.4.1將試樣和導(dǎo)電劑放入烘箱中，在120℃烘烤4h后，轉(zhuǎn)到在干燥器皿內(nèi)冷卻。稱取4.55g試樣和0.15g導(dǎo)電劑的混合物粉末(準(zhǔn)確到0.0001g)至容量50mL的小燒杯中，然后在該燒杯中加入6.0g濃度為5%的PAA水溶液，最后采用行星式攪拌機(jī)調(diào)制成膏狀物(攪拌時(shí)間15min,攪拌速度2000r/min)。注：參考試樣、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑質(zhì)量比為91:6:3的比例稱量。光滑，然后放入鼓風(fēng)干燥箱中在100℃烘烤2h,或者等同類型的涂布方式獲得單面面密度為60g/m2~100g/m2的極片。D.4.3烘烤的極片經(jīng)裁片、壓片成各種形狀的電極(長(zhǎng)方形帶狀、條狀或圓形等),準(zhǔn)確稱重后(準(zhǔn)確到0.00001g),放入真空干燥箱中，真空條件下，在120℃烘烤8h。制得硅炭工作電極。D.4.4在氬氣氣氛手套箱中，將金屬鋰裁剪制成長(zhǎng)方形帶狀、條狀或圓形等，然后將上述裁剪好的金屬鋰壓制到已裁剪成條狀的鎳網(wǎng)(或其他同等性能的集流體)末端，制成對(duì)電極(或者直接以金屬鋰為對(duì)電D.4.5以上述步驟制成的正極材料電極和對(duì)電極，與1mol/LLiPF6的EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)/EMC(碳酸甲乙酯)(EC與DMC與EMD體積比為1:1:1)電解液(或其他同等性能的電解液),在手套箱中組裝成密封完好的