2025-01-10 17:05:48锂离子电池材料
锂离子电池材料主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等。正极材料如钴酸锂、磷酸铁锂等,具有高能量密度和稳定性;负极材料如石墨、硅基材料等,提供高容量和长循环寿命。电解液和隔膜则确保电池内部的离子传导和物理隔离。这些材料共同决定了锂离子电池的性能,如能量密度、循环稳定性和安全性,广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。

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2020-09-16 16:38:38锂离子电池材料润湿的EIS
锂离子电池(LIB)作为电化学储能系统是化石燃料的主要替代品。LIB还因重量轻,能量密度高和使用寿命长而很有价值。LIB已经在消费电子市场确立了主导地位,触发手机和便携式电脑等移动设备的成功。但是仍需改进,例如更好的价格和效率。制造LIB,封装的电池需要填充电解质,以便锂离子可以在阴极和阳极之间自由移动。完成填充以后,在首次充电以前,电池需要时间使得每一个孔隙吸收电解质(叫做化成)。这一等待阶段对获得长寿命的高质量产品至关重要。在当今工业生产中,这一等待阶段,也称为润湿过程,仅根据经验预估,并通过电池测试进行验证。这就提出一个问题,如何减少甚至消除生产中的这一瓶颈,从而显著降低成本。德国慕尼黑工业大学的Florian Günther和同事恰好提出了这一问题。我们(在他们的允许下)给出他们的结果。理论每一个电学系统都有关键特征来描述该系统如何工作以及如何对外部激励做出反应。一种特征就是阻抗,电阻不同方面的结合。如果我们用正弦信号(具有特定频率)来激励电学系统,得到的系统响应可能具有不同的振幅和相位(与输入信号相比发生了偏移)。这种行为通过阻抗来量化,一方面证明系统抵抗电子流动(不同振幅)的能力,另一方面也反映了短期储存电能(不同的相角)的能力。但是怎样测试阻抗?电化学阻抗谱(EIS)是一种强大的无损检测方法。通过在一定频率范围内施加正弦电流(或电压)信号,测量正弦电压(或电流)响应信号,可以确定系统在每个频率的阻抗。图1 锂离子电池EIS测试示意图先前LIB实验表明,在润湿过程中,LIB的欧姆电阻(HFR)会发生变化,直到完全润湿,从而达到ZZ值。考虑到这种现象,我们可以通过EIS连续测试电池的HFR,从而评估电池是否完全润湿。这样可以解决润湿时间的不确定性。实验为了证明阻抗与润湿状态之间存在相关性,我们必须要找到在连续不断测量阻抗时以一种无损的方式来观察电池中发生的情况。一种方法是中子射线照相(NR)。通过中子在物体中传输并检测通过物体后的中子密度,可以在检测时间内收集图像。这种成像技术(类似于X 射线成像)特别有用,因为(除X射线)中子可以与少数轻元素(如氢,锂或硼)相互作用。因此,光束不会被铝制外壳或电池的电极大量吸收,而是会与电解质本身相互作用。该技术适合无损检测电池的润湿状态。我们建立了一个移动填充站,以便在中子射线照相过程中给电池填充电解液。设置好实验装置后,在整个润湿过程中,我们用Gamry Interface™ 5000E电化学工作站测试EIS。图2 填充站内部视图序列测试由开路电位测试和EIS测试组成,并设成90min后循环测试。首先以0.5s采样时间测试15s的开路电位。随后进行EIS测试,频率范围100kHz至1Hz,每个数量级10个点,振幅为10mV rms的交流激励信号施加在电池上。我们对具有不同电极特性的两个不同的LIB进行测试,以便可以比较不同结果并确认这些实验的有效性。结果图3是A电池填充后不同时间的NR。填充程度通过图片中灰色和白色像素的数量来确定。灰色像素代表中子密度值的临界值,这一临界值可将电池视为已被润湿。随时间变化的润湿度图片如图4所示。如果现在查看EIS数据,提取了HFR值,并绘制其随时间变化的曲线,我们得到图5中上方那张图。图5下方那张图是HFR和润湿度随时间变化的对照图。我们可以清楚的看到在这种特定情况下,两种确定润湿度方法之间的相关性。图3 A电池填充2.5,10和60.5min后NR图图4 A电池(红线,非结构化,孔隙率30%)和B电池(蓝线,结构化,孔隙率30%)润湿程度随时间变化图图5 (上)HFR随时间变化图(下)润湿性和HFR随时间变化的对照图我们也可以得到电池的其他特征。如图6所示,电解液填充87min后,HFR图中,HFR值不在变化。对照ZH拍的NR照片,润湿度刚超过80%,并且A电池的灰色程度没有B电池深,这一迹象表明A电池电解液填充不足。图6 A电池(上)和B电池(下)的NR图,注意,A电池的NR图有大片空白,表明A电池润湿不足结论作者得出结论,润湿过程中,LIB的阻抗会变化。尤其,HFR直接与电池的润湿度相关。EIS可以得到稳定的测量结果,并且不会通过充电或其他方式影响电池。因此,研究者提出使用观察到的直接相关性来决定每个电池生产过程中所需润湿的最小时间。请注意,这些实验没有足够的证据得出可量化的结论。因此,作者将在未来主要研究量化这种效应和方法的可靠性,以确保测量的高准确度和稳定性。未来LIB生产过程中,研究人员设想使用EIS测试技术,通过精确触发化成,无需任何等待时间来减少整个过程中时间和成。另外也可能直接剔除坏电池,提高生产效率。也就是说,将填充后的电池直接连接在多通道仪器上,如Gamry EIS Box™。软件脚本会通过EIS连续检测电池的润湿状态,并在确切时刻自动触发化成。有关使用EIS评估LIB质量的更多信息,请参考文献Florian J. Günter, et al., J. Electrochem. Soc., 165 (14) A3249–A3256 (2018).
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2022-03-17 11:51:12【热点应用】ED-XRF分析锂离子电池正极材料
锂离子电池正极材料的容量和能量密度对电池的性能起着关键作用。而在正极材料的三元层状结构中,元素配比对材料的性能具有至关重要的影响,因此对正极材料中各种元素的准确定量是电池研发生产关键技术之一。 使用何种分析手段去定量正极材料中的元素?要考虑诸多因素,除了检测速度、准确度、仪器稳定性等常见评价指标外,实验室安全和环保成本,样品前处理是否简单?检验设备的易用性以及最小化人为误差也是研发和生产质量控制中的不可忽视的问题。 目前,常用的锂电池正极材料元素定量手段包括ICP-OES、ICP-MS、AAS以及XRF。 因正极材料样品均质化的要求,ICP以及AAS需要液体进样,所以样品需要加入硝酸进行酸煮或微波消解成为液体。而这种前处理方法一方面存在消解不完全的情况,另一方面,废酸的处理也增加了实验室安全以及环保成本。此外,ICP方法只能分析痕量元素,所以样品需要较大的稀释倍数才能进样,这样也就带来了较大的稀释误差。 这些检测问题该如何解决呢?我们来看看X射线荧光光谱法(XRF)检测锂离子电池正极材料的几点优势:相对而言,XRF与ICP相比可以直接进样,不需要复杂的前处理步骤,检测速度快。且样品制备简单:对于固体即可使用松散粉末直接进行测试,也可简单压片或进行玻璃熔珠测试;对于液体样品,更可以使用液体杯直接原样测试。 另一方面,XRF内部无复杂管路,光路简单,不会产生污染以及堵塞风险,检测浓度可以从ppm级至100%,对于正极材料而言,无论样品中的主量元素还是微量元素都能够进行准确定量,满足生产控制检测需求。 EDXRF在锂电行业正极材料中的应用正如上文所述,在实际生产过程中,正极材料因为掺杂或者碳包覆,其他检测方法受制于常规酸很难消解样品,无法实现准确且稳定地测量。因此,X射线荧光光谱技术(XRF)越来越多地被锂电行业所接受并逐步应用。 近些年,快速发展的能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)技术作为XRF技术的前沿分支,以其体积紧凑、使用方便等优势得到了许多行业检测用户的认可。但在锂电行业还未得到广泛应用,究其主要原因,是由于普通能谱仪的检测性能在缺乏标准品的情况下,无法满足某些元素准确定量的检测需求。 马尔文帕纳科作为X射线分析仪器的主要供应商,具有超过70年的行业经验。在XRF产品的设计以及制造方面有丰富的经验和独特的技术。其推出的高性能台式能谱仪 Epsilon4,装配了动态高通量X射线管、大面积高分辨SSD探测器和超高计数电路及全功能算法软件。其光路采用紧凑设计,可以获取最高的信号灵敏度和更快的响应速度,充分满足正极材料主量以及微量元素的测试需求。 应用实例一:前驱体溶液实验分析主要针对Ni(0-120g/L)、Co(0-120g/L)、Mn(0-120g/L)三种主量元素,Epsilon4 台式能谱仪拟合曲线相关系数均在0.9999以上。其工作曲线如下:与ICP稳定性对比实验,Epsilon4 台式能谱仪对前驱体容量进行多次测量,稳定性以及精密度均优于ICP。应用实例二:NCM三元材料实验分析该实验是通过Epsilon4台式能谱仪针对NCM三元材料Ni(15-70%)、Co(5-30%)、Mn(5-30%)三种主量元素,采用压片和玻璃熔珠两种不同的制样方法进行重复性测试,Epsilon4 台式能谱仪拟合曲线相关系数均在0.9999以上。实验中,分别对三元材料的主量元素平行测试了10次,可以看到不论玻璃熔珠还是压片的数据,其重复性RMS均小于0.01。综上所述,马尔文帕纳科Epsilon4 台式能谱仪分析速度快、准确度高。与ICP对比具有更优异的精密度以及稳定性。针对正极材料不同的配方还配有具体的定制方案,是锂电行业正极材料元素分析检测值得信赖的工具。马尔文帕纳科波长色散X射线荧光光谱仪因其强大的分析能力,除了满足常规元素日常分析工作外,同样可应用于锂例子电池正极材料中的元素定量分析,且针对LiFePO4、NCM主量以及添加元素检测均有具体的应用解决方案,我们将在下一篇推文“WD-XRF用于锂离子电池正极材料分析”中具体介绍,敬请期待。
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2025-01-08 12:30:12氧指数测定仪什么材料
氧指数测定仪什么材料 氧指数测定仪是一种用于测试材料燃烧性能的设备,主要应用于聚合物、塑料及其他易燃材料的防火性能评估。氧指数(LOI)是材料在特定环境下燃烧所需的低氧浓度,它反映了材料的耐火性和自熄性。在选择氧指数测定仪的材料时,除了考虑设备本身的性能和稳定性外,还需要兼顾其耐高温、抗腐蚀等特点。因此,氧指数测定仪的材料选择对仪器的准确性和长期稳定性至关重要。本文将探讨氧指数测定仪所采用的主要材料,分析其技术要求和应用场景。 氧指数测定仪的主要材料 氧指数测定仪通常由多个关键部件构成,每个部件的材质选择直接影响到设备的使用寿命和测试精度。以下是常见的几种材料: 1. 不锈钢 不锈钢是氧指数测定仪中常见的外壳和主要结构材料,特别是304和316型号的不锈钢。其优异的耐腐蚀性、良好的机械性能和抗高温能力使其成为该类设备的理想选择。由于测定过程中涉及高温环境,不锈钢的耐热性和耐氧化性能能够有效保证仪器在长期使用中的稳定性和可靠性。 2. 铝合金 铝合金主要用于氧指数测定仪的部分轻型结构件,因其轻便、强度适中,且能够承受一定的温度变化。铝合金的成本相对较低,且加工性能良好,因此被广泛应用于一些对重量有要求的设备部分。 3. 高温陶瓷 高温陶瓷材料广泛应用于氧指数测定仪中的火焰传感器、加热元件及炉体部分。由于其能够承受极高的温度,并且不易受氧化或腐蚀,因此在高温燃烧环境下尤为重要。常见的高温陶瓷材料如氧化铝、硅酸铝等,不仅能够提供准确的测试数据,还具有较长的使用寿命。 4. 石英玻璃 石英玻璃材料常用于氧指数测定仪中的透明窗口,作为观察测试过程和火焰稳定性的观测通道。石英玻璃耐高温、化学稳定性强、透光性好,能够在高温燃烧过程中保持良好的视野,确保操作者可以实时观察到样品的燃烧状态。 5. 钨合金 钨合金因其优异的高温强度和高熔点,在一些高端氧指数测定仪中用于高温测试区域,尤其是在需要承受极端高温条件下的实验中。钨合金在高温下能保持良好的机械性能,因此被用作一些特殊结构部件,如加热元件的保护材料。 材料选择的影响因素 氧指数测定仪的材料选择不仅仅取决于性能需求,还与生产成本、仪器的使用环境和预期寿命等因素紧密相关。例如,长期高温测试可能需要选择更耐高温的材料,而需要频繁拆卸和维修的部件则应考虑选择耐磨损、易于清洁的材料。材料的热膨胀系数也是选择时的重要参考因素,因为温差可能导致仪器出现误差或损坏。 专业总结 氧指数测定仪作为一款精密的测试设备,对材料的要求极为严格。每种材料的选择都必须满足高温、耐腐蚀、强度以及抗氧化等多重性能要求。常用材料如不锈钢、铝合金、高温陶瓷、石英玻璃和钨合金各具优势,合理搭配这些材料,可以确保氧指数测定仪在不同使用环境下的度和稳定性。了解和掌握这些材料的性能特征是设计和使用氧指数测定仪的关键,能够为材料的燃烧性能测试提供更为可靠的保障。
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2025-01-13 18:00:14门尼粘度计检测什么材料
门尼粘度计检测什么材料 门尼粘度计是一种广泛应用于橡胶、塑料及相关领域的重要仪器,它能够测量材料的粘度和流变特性,尤其是在高温条件下的表现。该设备以其高精度、可靠性和快速性,成为了许多工业实验室和生产线不可或缺的工具。本文将围绕门尼粘度计的工作原理及其适用材料展开探讨,帮助读者了解门尼粘度计能够检测哪些材料及其在不同材料测试中的应用价值。 门尼粘度计主要用于检测橡胶、塑料以及其他聚合物材料的粘度变化。其测量原理基于材料在加热过程中受到的剪切力变化,从而推算出材料的流变性能。橡胶行业中,门尼粘度计被广泛用于检测天然橡胶、合成橡胶以及各种改性橡胶的加工性能,以便优化生产工艺和控制终产品的质量。门尼粘度值直接关系到橡胶的加工性、硫化速度和终产品的性能。 在塑料行业,门尼粘度计则用于测定不同类型的树脂、塑料合成物和改性塑料的流变特性。通过测试材料的粘度,可以评估其熔融状态下的加工性能,例如注塑、挤出等过程中的流动性。这对于确保塑料制品的加工稳定性以及优化生产工艺参数至关重要。门尼粘度计还能够测试一些添加剂、涂料、油墨及其他化工产品,广泛应用于化工、涂料等行业的质量控制和产品研发过程中。 值得一提的是,门尼粘度计不仅仅局限于高粘度的材料,还能够对低粘度、易流动的物质进行准确测量。在一些特殊应用中,如高分子聚合物、油脂、润滑油等流体的检测,门尼粘度计也能提供有效的测试数据,帮助研发和生产部门判断材料的适用性。 总结而言,门尼粘度计是测试各类材料流变特性的重要工具,尤其在橡胶、塑料、化工等行业中发挥着重要作用。它不仅能够提高产品的加工质量,还能为研发工作提供可靠的实验数据,是现代工业制造中不可或缺的一部分。
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2025-03-20 13:30:153D打印机怎么装材料
3D打印机怎么装材料 在使用3D打印机时,正确的装载材料是确保打印质量和打印机正常运行的关键。不同类型的3D打印机对材料的要求有所不同,了解如何正确装载材料不仅能延长设备寿命,还能避免出现常见的打印失败问题。本文将为您详细介绍3D打印机如何装材料的步骤,以及在操作中需要注意的技巧。 1. 了解不同的3D打印材料类型 在开始装载材料之前,首先需要了解自己使用的3D打印机支持哪种类型的打印材料。目前市场上常见的3D打印材料有PLA、ABS、TPU、尼龙等,每种材料都有其特定的使用要求。例如,PLA材料比较适合家庭用户使用,因为它不需要过高的温度,而ABS则适合需要较高强度和耐热性的打印件。 2. 检查打印机的进料系统 不同型号的3D打印机,其进料系统有所不同,通常分为两种类型:挤出式和拖拉式。对于挤出式打印机,首先需要确保进料口没有被堵塞。检查材料是否顺畅地进入打印头,并确保进料机构没有故障。对于拖拉式系统,需要注意是否能够抓取材料卷轴并顺利送入打印机。 3. 安装材料 大多数3D打印机在安装材料时,都有明确的步骤指南。一般来说,安装步骤包括以下几个环节: 确保打印机处于关闭状态:在更换或安装材料时,最好先关闭3D打印机,避免在操作过程中发生不必要的安全问题。 选择正确的材料:根据打印需求选择适合的材料,比如 PLA、ABS 或 TPU。 放置材料卷轴:将材料卷轴放在打印机的进料架上。确保材料的卷轴顺利转动,不会卡住或绞缠。 将材料引导至进料口:通过进料管道或直线方式将材料引导到打印头或喷嘴处。大部分打印机都可以手动或自动完成此过程。 调整进料速度:确保进料速度与打印机的打印速度匹配,过快或过慢都可能导致材料供给不稳定。 4. 校准与测试 安装完材料后,务必进行一次校准和测试,以确保打印机能够顺利地开始工作。此时,可以通过控制面板或者软件进行打印测试,查看打印机是否正常进料。如果出现堵塞、退料等问题,可以逐步排查进料管道、喷嘴及驱动系统等部位。 5. 注意事项 避免材料污染:安装前要确保材料表面清洁,避免灰尘、油污等杂质进入打印机。 合理存储材料:大多数打印材料需要在干燥的环境下存储,避免吸湿后影响打印质量。 检查打印机是否适配材料:不同材料的热膨胀系数和打印温度要求各不相同,使用不匹配的材料可能会导致打印失败或损坏设备。 装载材料是3D打印过程中的一个关键环节,正确的操作可以大大提高打印效果,避免浪费时间和资源。只有确保每个环节的精确操作,才能在长期使用中大化3D打印机的性能和打印效果。
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