ICS 77.160 CCS H 16
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T41704—2022
锂离子电池正极材料检测方法磁性异物含量和残余碱含量的测定
Test methodsof cathodematerials forlithium ion battery-
Determination of magnetic impurities content and residual alkali content
2023-02-01实施
2022-10-12发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T 41704—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国有色金属工业协会提出。 本文件由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243)归口。 本文件起草单位：北京当升材料科技股份有限公司、广东邦普循环科技有限公司、合肥国轩高科动
力能源有限公司、巴斯夫杉杉电池材料有限公司、湖南长远锂科股份有限公司、天津国安盟固利新材料科技股份有限公司、江苏当升材料科技有限公司、中伟新材料股份有限公司、国联汽车动力电池研究院有限责任公司、蜂巢能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限责任公司、四川新锂想能源科技有限责任公司、万华化学集团股份有限公司、浙江华友钻业股份有限公司、格林美（无锡）能源材料有限公司、广东佳纳能源科技有限公司、西北有色金属研究院、长沙矿冶院检测技术有限责任公司、国标（北京）检验认证有限公司、深圳清研装备科技有限公司、宁波容百新能源科技股份有限公司、湖北万润新能源科技股份有限公司。
本文件主要起草人：王玉娇、陈彦彬、刘亚飞、余海军、明帮来、李长东、胡淑婉、张勤才、李旭、陈爽、 周友元、张瑾瑾、魏蕾、周青宝、孙国平、陈新、张航、阎硕、沈雪玲、李晓兵、张放南、杨红新、孙超、唐娜、 李延俊、党春霞、李心雨、刘逸群、谢柏华、高娟亚、闫国真、陈珍华、苏成、吴怡芳、曾浩、孙海峰、陈建军、 吴珊珊、景燕、黄小燕、杨娇娇。
I GB/T 41704—2022
引言
锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在小型数码电器、新能源汽车和储能等领域大规模应用。锂离子电池正极材料中的磁性异物会引起电池内短路而出现自放电现象，从而导致电池安全性降低，因此磁性异物含量是衡量锂离子电池正极材料安全性能的一个重要指标。锂离子电池正极材料中的残余碱含量会对电池正极制浆工序产生重要影响，其含量过高时，浆料黏度大，且受环境湿度影响变得不稳定，难以涂布。正极材料中磁性异物和残余碱等杂质直接影响锂离子电池的一致性、可靠性和安全性，因此建立一套适用于锂离子电池正极材料中磁性异物含量和残余碱含量的分析方法标准非常必要。
本文件的制定为行业内锂离子电池正极材料中磁性异物含量和残余碱含量的测试评价提供了重要依据，对于提高检测结果的可靠性和可比性、减少供需双方因检测误差造成的商业纠纷、提升锂离子电池正极材料行业发展水平具有十分重要的作用。
= GB/T41704—2022
锂离子电池正极材料检测方法磁性异物含量和残余碱含量的测定
警示一使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施。
1范围
本文件规定了锂离子电池正极材料中磁性异物含量和残余碱含量的测定方法，本文件适用于锂离子电池正极材料中磁性异物含量和残余碱含量的测定。磁性异物含量测定范围
为≥1μg/kg，残余碱含量测定范围（质量分数）为0.001%～2.500%。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文
件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T601 化学试剂标准滴定溶液的制备 GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法 GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
磁性异物 magneticimpurities 锂离子电池正极材料中可以被磁感应强度不小于0.5T(5000Gauss)磁棒吸附的杂质。 注：磁性异物通常为铁、铬、镍、锌的单质或化合物。
3.2
大颗粒磁性异物 largeparticlemagneticimpurities 扫描电镜下，直径不小于10um的磁性异物。
3.3
残余碱 residualalkali 锂离子电池正极材料颗粒表面附着的碱性物质。 注：残余碱主要以氢氧化锂和碳酸锂形式存在，测试后将其量全部以碳酸锂含量表示则为残余碱，以锂含量表示则
为残余锂。
1 GB/T41704—2022
4 磁性异物含量的测定
4.1电感耦合等离子体原子发射光谱法 4.1.1原理
在不含磁性杂质的洁净环境中，用磁棒吸附并富集正极材料中的磁性异物。用水清洗富集后的磁棒，除去表面附着的正极材料，用酸液溶解磁棒上的磁性异物。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪，于各元素推荐的波长处测定其发射强度，按标准工作曲线计算各元素的质量分数。 4.1.2试剂或材料
除非另有说明，本方法所用试剂均为优级纯试剂和符合GB/T6682中规定的一级水。 4.1.2.1硝酸（p=1.42g/mL）。 4.1.2.2王水(VHNO,:VHci=1：3)。 4.1.2.3铁标准贮存溶液（100μg/mL），由高纯金属或化合物配制，或采用有证书的单元素标准贮存溶液。 4.1.2.4铬标准贮存溶液（100μg/mL），由高纯金属或化合物配制，或采用有证书的单元素标准贮存溶液。 4.1.2.54 镍标准贮存溶液（100μg/mL），由高纯金属或化合物配制，或采用有证书的单元素标准贮存溶液。 4.1.2.6锌标准贮存溶液（100μg/mL），由高纯金属或化合物配制，或采用有证书的单元素标准贮存溶液。 4.1.2.7锂标准贮存溶液（100μg/mL），由高纯金属或化合物配制，或采用有证书的单元素标准存溶液。 4.1.2.8混合标准溶液A：分别移取10.00mL铁标准贮存溶液（4.1.2.3）、铬标准贮存溶液（4.1.2.4）、镍标准贮存溶液（4.1.2.5）、锌标准贮存溶液（4.1.2.6），置于100mL容量瓶中，加人3mL硝酸（4.1.2.1），用水稀释至刻度，混匀并立即移入干燥塑料瓶中。此溶液1mL含10ug铁、铬、镍、锌。 4.1.2.9混合标准溶液B：移取20.00mL混合标准溶液A（4.1.2.8），置于100mL容量瓶中，加人3mL 硝酸（4.1.2.1），用水稀释至刻度，混匀并立即移入干燥塑料瓶中。此溶液1mL含2μg铁、铬、镍、锌。 4.1.2.10锂标准溶液A：移取10.00mL锂标准贮存溶液（4.1.2.7），置于100mL容量瓶中，加人3mL 硝酸（4.1.2.1)，用水稀释至刻度，混匀并立即移入干燥塑料瓶中。此溶液1mL含10μg锂。 4.1.2.11锂标准溶液B：移取20.00mL锂标准溶液A（4.1.2.10），置于100mL容量瓶中，加入3mL 硝酸（4.1.2.1)，用水稀释至刻度，混匀并立即移入干燥塑料瓶中。此溶液1mL含2μg锂。 4.1.3仪器设备 4.1.3.13 环境除铁棒：磁感应强度≥0.5T（5000Gauss），包有保鲜膜。 4.1.3.2 塑料广口瓶：500mL。 4.1.3.3 磁棒：磁感应强度≥0.5T（5000Gauss），尺寸为@17mm×52mm，含密封聚四氟乙烯外套。 4.1.3.4夜 磁铁：包有保鲜膜。 4.1.3.5球磨机。 4.1.3.6电感耦合等离子体原子发射光谱仪。
2 GB/T 41704—2022
4.1.3.7原子吸收光谱仪。各元素推荐波长见表1。
表1各元素推荐波长
元素铁铬镍锌锂
推荐波长/nm
259.9 267.7 227.0 213.9 670.8
4.1.4样品
样品粒度应不大于0.154mm。 4.1.5 试验步骤 4.1.5.1试验前除铁
试验前使用王水（4.1.2.2)对磁棒（4.1.3.3)进行清洗，用环境除铁棒（4.1.3.1)对试验用到的所有仪器和用品进行细致除铁处理。 4.1.5.2试料
称取200.0g样品，精确至0.1g，质量记为m。 4.1.5.3空白试验
随同试料做空白试验。 4.1.5.4磁性异物的提取和溶解 4.1.5.4.1将试料置于500mL的塑料广口瓶（4.1.3.2)中，加人300.0g水，拧紧盖子（防止渗漏），置于球磨机（4.1.3.5）上，调节转速至60r/min~100r/min，滚动混合30min后取下。 4.1.5.4.2取磁铁（4.1.3.4)置于塑料瓶底外部使瓶内磁棒（4.1.3.3)吸附于瓶底，打开瓶盖将样品倒掉。 加水至瓶中，避免水流直接冲到瓶内磁棒（4.1.3.3表面，前后推动瓶底外部的磁铁（4.1.3.4)10次左右使瓶内磁棒（4.1.3.3)滚动，重复清洗3次；移去瓶底外部磁铁（4.1.3.4），加人水，轻轻摇晃样品瓶，进一步清洗瓶内残留的样品。 4.1.5.4.3将磁棒（4.1.3.3)转移到洁净的200mL烧杯中，加水至没过磁棒（4.1.3.3），避免水流直接冲到磁棒（4.1.3.3)表面，磁铁（4.1.3.4)置于烧杯外底部，吸附杯内磁棒（4.1.3.3)来回推动清洗至磁棒（4.1.3.3）表面杂质目视无明显变化为止。 4.1.5.4.4溶解可选择以下两种方式：
a) 向装有磁棒（4.1.3.3)的烧杯中加人10mL王水（4.1.2.2），再加水至没过磁棒（4.1.3.3），盖上表
面血，置于电热板上加热30min； b）将磁棒（4.1.3.3)放人100mL比色管中，加人10mL王水（4.1.2.2)，再加水至没过磁棒（4.1.3.3），
3 GB/T41704—2022
盖上塞子，置于95℃的水浴中加热30min。
4.1.5.4.5取下烧杯或比色管，冷却后将溶液全部转移到50mL容量瓶中，用少量水冲洗磁棒（4.1.3.3），重复3次，洗液全部转移至容量瓶后用水定容，体积记为V。 4.1.5.5标准系列溶液的配制 4.1.5.5.1铁、铬、镍、锌标准系列溶液：分别移取0mL、2.50mL、5.00mL、25.00mL的混合标准溶液B （4.1.2.9）；10.00mL、20.00mL的混合标准溶液A（4.1.2.8）于6个100mL容量瓶中，加人3mL硝酸（4.1.2.1），用水稀释至刻度并混匀。 4.1.5.5.2锂标准系列溶液：分别移取0mL、2.50mL、5.00mL、25.00mL的锂标准溶液B(4.1.2.11）； 10.00mL、20.00mL的锂标准溶液A（4.1.2.10）于6个100mL容量瓶中，加入3mL硝酸（4.1.2.1），用水稀释至刻度并混匀。
4.1.5.6测定 4.1.5.6.1当样品主元素不含铁、镍时，采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（4.1.3.6），在选定的各元素的波长处，以铁、铬、镍、锌标准系列溶液（4.1.5.5.1)测定铁、铬、镍、锌发射光谱强度，分别以被测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，计算机自动绘制工作曲线；测定样品溶液及空白溶液的发射光谱强度，计算机自动由工作曲线计算出被测元素的质量浓度。 4.1.5.6.2当样品主元素含铁时，采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（4.1.3.6），在选定的各元素的波长处，以铁、铬、镍、锌标准系列溶液（4.1.5.5.1)测定铁、铬、镍、锌的发射光谱强度，以锂标准系列溶液 (4.1.5.5.2)测定锂的发射光谱强度，分别以被测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，计算机自动绘制工作曲线；测定样品溶液及空白溶液的发射光谱强度，计算机自动由工作曲线计算出被测元系的质量浓度。
锂标准系列溶液（4.1.5.5.2）、样品溶液及空白溶液中锂的浓度也可选择使用原子吸收光谱仪（4.1.3.7）测试。 4.1.5.6.3当样品主元素含镍时，采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（4.1.3.6），在选定的各元素的波长处，以铁、铬、镍、锌标准系列溶液（4.1.5.5.1)测定铁、铬、锌的发射光谱强度，分别以被测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，计算机自动绘制工作曲线；测定样品溶液及空白溶液的发射光谱强度，计算机自动由工作曲线计算出被测元素的质量浓度。 4.1.6试验数据处理 4.1.6.1当样品主元素不含铁、镍时，磁性异物含量以质量分数w计，按公式（1)计算：
w=Z (pm po) ×V×10
....(1)
m
式中： w pM po V m
磁性异物质量分数，单位为微克每千克（μg/kg）；试液中被测元素（铁、镍、铬、锌）的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；空白溶液中被测元素（铁、镍、铬、锌）的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；被测试液体积，单位为毫升（mL）；称取样品的质量，单位为克（g）。
4.1.6.2 当样品主元素含铁时，磁性异物含量以质量分数w计，按公式(2)计算： 4 GB/T41704—2022
w'= (expo)×V×10 +Lpr。-a ×8×pul×V×10°
(2)
m
m
式中： w' 磁性异物质量分数，单位为微克每千克（μg/kg)； PM - 试液中被测元素（镍、铬、锌)的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）； po 空白溶液中被测元素（镍、铬、锌）的质量浓度，单位为微克每毫升（ug/mL）； V 被测试液体积，单位为毫升（mL）； pFe 扣除空白后试液中铁元素的质量浓度，单位为微克每毫升（ug/mL）；
换算系数，正极材料中锂与铁的摩尔比；
a
pu" 扣除空白后试液中锂元素的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；
称取样品的质量，单位为克（g）。
m
4.1.6.3当样品主元素含镍时，磁性异物含量以质量分数w"计，按公式(3)计算：
(pm-po）×V×10%
w"=>
·(3)
m
式中： w"——磁性异物质量分数，单位为微克每千克（μg/kg)； PM- 试液中被测元素（铁、铬、锌）的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）； po 空白溶液中被测元素（铁、铬、锌）的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）； V—被测试液体积，单位为毫升（mL)；
称取样品的质量，单位为克（g)。
m
4.1.6.4计算结果表示到小数点后三位，按GB/T8170的规定进行修约。 4.2扫描电镜-能谱法 4.2.1原理
在不含磁性杂质的洁净环境中，用磁环套吸附样品中的磁性异物。吸附后除去物料，然后用滤膜收集磁性异物，干燥后将磁性异物收集至碳导电胶带上。在扫描电镜-能谱仪上，测试大颗粒磁性异物个数。 4.2.2试剂或材料
除非另有说明，本方法所用水为符合GB/T6682中规定的一级水。 4.2.2.1塑料小勺、塑料小镊子、陶瓷剪刀。 4.2.2.2封口膜。 4.2.2.3过滤膜：醋酸纤维素，孔径为0.45μm。 4.2.2.4 碳导电胶带。 4.2.3 仪器设备 4.2.3.1环境除铁棒：磁感应强度≥0.5T(5000Gauss），包有保鲜膜。 4.2.3.2 磁环套：磁感应强度0.5T(≥5000Gauss)。 4.2.3.3 塑料广口瓶：500mL。 4.2.3.4球磨机。
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