搜索结果: GB/T 43114-2023, GB/T43114-2023, GBT 43114-2023, GBT43114-2023
| 标准编号 | GB/T 43114-2023 (GB/T43114-2023) | | 中文名称 | 硬炭 | | 英文名称 | Hard carbon | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q52 | | 国际标准分类 | 29.050 | | 字数估计 | 14,182 | | 发布日期 | 2023-09-07 | | 实施日期 | 2024-04-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 43114-2023: 硬炭
ICS 29.050
CCSQ52
中华人民共和国国家标准
硬 炭
2023-09-07发布
2024-04-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《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。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本文件起草单位:贝特瑞新材料集团股份有限公司、山西省检验检测中心、广东邦普循环科技有限
公司、深圳贝特瑞钠电新材料科技有限公司、中国科学院山西煤炭化学研究所、冶金工业信息标准研究
院、成都佰思格科技有限公司。
本文件主要起草人:侯博、汪福明、李晋凯、王玉辉、余海军、张瑞芳、戴丽琴、张楠、王晓远、杨云广、
李子坤、黄友元、唐婕、林锦盛、谢皎。
硬 炭
1 范围
本文件规定了硬炭材料的分类和代号、技术要求、试验方法、检验规则及包装、标志、储存和运输等。
本文件适用于锂离子电池、锂离子电容器和钠离子电池用硬炭材料。
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/T 1427 炭素材料取样方法
GB/T 4369-2015 锂
GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法
GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定
GB/T 8719 炭素材料及其制品的包装、标志、储存、运输和质量证明书的一般规定
GB/T 19077 粒度分布 激光衍射法
GB/T 19587 气体吸附BET法测定固态物质比表面积
GB/T 21354 粉末产品 振实密度测定通用方法
GB/T 24533-2019 锂离子电池石墨类负极材料
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
2500℃以上高温下难以石墨化的无定形碳。
注:一般认为(002)晶面间距(d002)大于或等于0.368nm的无定形碳为硬炭。
4 分类和代号
4.1 产品分类
硬炭产品按原料材质分为树脂类硬炭、沥青类硬炭和生物类硬炭。
a) 树脂类硬炭,以天然或合成树脂类高分子材料为原料制备的硬炭,用RHC表示。
b) 沥青类硬炭,以煤沥青或石油沥青为原料制备的硬炭,用PHC表示。
c) 生物类硬炭,以动植物为原料制备的硬炭,用BHC表示。
4.2 产品等级
产品等级划分按照表1规定进行。
表1 硬炭材料等级
单位为毫安时每克
类型
树脂类硬炭
(RHC)
沥青类硬炭
(PHC)
生物类硬炭
(BHC)
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
首次放电
比容量
(Qdis)
Qdis≥
450.0
350.0≤Qdis
< 450.0
220.0≤Qdis
< 350.0
Qdis≥450.0
350.0≤Qdis
< 450.0
220.0≤Qdis
< 350.0
Qdis≥450.0
350.0≤Qdis
< 450.0
220.0≤Qdis
< 350.0
4.3 产品代号
产品代号由分类代号、首次放电比容量、中值粒径(D50)依次排列组成,具体示例见表2。
表2 产品代号示例及其含义
示例 含义
RHC-300-6 树脂类硬炭、首次放电比容量 (300.0±10.0)mA·h/g、D50=(6.0±1.5)μm
PHC-400-9 沥青类硬炭、首次放电比容量 (400.0±10.0)mA·h/g、D50=(9.0±1.5)μm
BHC-450-9 生物类硬炭、首次放电比容量 (450.0±15.0)mA·h/g、D50=(9.0±1.5)μm
5 技术要求
5.1 外观
黑色粉体材料,无金属光泽,目视无杂质。
5.2 理化指标
硬炭材料的理化指标应符合表3、表4、表5的规定,若有特殊要求由供需双方协商确定。
表3 树脂类硬炭材料理化指标
技 术 指 标
产品等级
RHC-Ⅲ RHC-Ⅱ RHC-Ⅰ
理化性能
粒度分布/μm
D10
D50
D90
水分(质量分数)/%
pH值
振实密度/(g/cm3)
比表面积/(m2/g)
(002)晶面间距(d002)/nm
≥2
4~15
≤45
≤0.5
8.5±1.5
≥0.6
≤5.0
≥0.370
表3 树脂类硬炭材料理化指标 (续)
技 术 指 标
产品等级
RHC-Ⅲ RHC-Ⅱ RHC-Ⅰ
电化学性能
首次放电比容量/(mA·h/g)
首次库仑效率/%
≥220.0
≥82.0
≥350.0
≥80.0
≥450.0
≥80.0
微量
金属
元素
铁/(mg/kg)
钴/(mg/kg)
铜/(mg/kg)
镍/(mg/kg)
铝/(mg/kg)
镉/(mg/kg)
锌/(mg/kg)
≤100
≤5
≤5
≤5
≤10
≤5
≤5
磁性物质 (铁+铬+镍+锌+钴)/(mg/kg) ≤0.5
表4 沥青类硬炭材料理化指标
技术指标
产品等级
PHC-Ⅲ PHC-Ⅱ PHC-Ⅰ
理化性能
粒度分布/μm
D10
D50
D90
水分(质量分数)/%
pH值
振实密度/(g/cm3)
比表面积/(m2/g)
(002)晶面间距(d002)/nm
≥2
4~15
≤45
≤0.5
8.5±1.5
≥0.6
≤5.0
≥0.368
电化学性能
首次放电比容量/(mA·h/g)
首次库仑效率/%
≥220.0
≥82.0
≥350.0
≥80.0
≥450.0
≥80.0
微量
金属
元素
铁/(mg/kg)
钴/(mg/kg)
铜/(mg/kg)
镍/(mg/kg)
铝/(mg/kg)
镉/(mg/kg)
锌/(mg/kg)
≤100
≤5
≤5
≤5
≤10
≤5
≤5
磁性物质 (铁+铬+镍+锌+钴)/(mg/kg) ≤0.5
表5 生物类硬炭材料理化指标
技 术 指 标
产品等级
BHC-Ⅲ BHC-Ⅱ BHC-Ⅰ
理化性能
粒度分布/μm
D10
D50
D90
水分(质量分数)/%
pH值
振实密度/(g/cm3)
比表面积/(m2/g)
(002)晶面间距(d002)/nm
≥2
4~15
≤45
≤0.5
8.5±1.5
≥0.6
≤5.0
≥0.370
电化学性能
首次放电比容量/(mA·h/g)
首次库仑效率/%
≥220.0
≥82.0
≥350.0
≥80.0
≥450.0
≥80.0
微量
金属
元素
铁/(mg/kg)
钴/(mg/kg)
铜/(mg/kg)
镍/(mg/kg)
铝/(mg/kg)
镉/(mg/kg)
锌/(mg/kg)
≤100
≤5
≤5
≤5
≤10
≤5
≤5
磁性物质 (铁+铬+镍+锌+钴)/(mg/kg) ≤0.5
6 试验方法
6.1 外观
光线充足条件下目视观察。
6.2 粒度分布
按照GB/T 19077的规定进行测定。
6.3 水分
按照GB/T 24533-2019中附录B的规定进行测定。
6.4 pH值
按照GB/T 24533-2019中附录C的规定进行测定。
6.5 比表面积
按照GB/T 19587的规定进行测定。
6.6 (002)晶面间距(d002)
按照GB/T 24533-2019中附录E的规定进行测定。
6.7 首次放电比容量和首次库仑效率
按照附录A的规定进行测定。
6.8 微量金属元素
按照GB/T 24533-2019中附录H的规定进行测定。
6.9 磁性物质
按照GB/T 24533-2019中附录K的规定进行测定。
6.10 振实密度
按照GB/T 21354的规定进行测定。
7 检验规则
7.1 取样方法
取样按照GB/T 1427规定进行,样品应密闭保存。
7.2 检验分类
7.2.1 出厂检验
出厂检验项目:粒度、水分、pH 值、振实密度、比表面积、晶面间距、首次放电比容量、首次库仑效
率、微量元素和磁性物质。
7.2.2 型式检验
型式检验项目包括第5章规定的全部技术要求。有下列情况之一时应进行型式检验:
a) 原材料的型号、供货厂家等有变更时;
b) 生产工艺流程有变化时;
c) 生产设备停产半年以上,恢复生产时。
7.3 验收规则
7.3.1 产品符合表3或表4或表5中全部技术指标为合格品。若有任何一项指标不符合要求,应从同
批产品的取样袋中双倍取样对不合格项复验。若复验结果全部符合要求,则判该批产品为合格品,反
之,则判该批产品为不合格品。
7.3.2 生产厂出厂的产品应符合本文件规定的要求,每批产品出厂时,随货附带检验报告。
7.3.3 复验期限为1个月,如有异议时,应双倍取样重新检验,如仍有争议,由具有资质的第三方检测
机构检验。
8 包装、标志、储存和运输
8.1 产品的包装、标志应符合GB/T 8719的规定,净重由供需双方协商。
8.2 包装应在干燥环境条件下进行,将产品装入防水包装袋(推荐用聚乙烯密封袋、铝塑密封袋)。特
殊的包装要求由供需双方商定。
8.3 产品应贮存在通风、干燥的仓库内。
8.4 产品堆放应整齐、清洁,生产批号等标志应清晰辨认。
8.5 避免与可使产品变质或使包装袋损坏的物品混存、混运。
8.6 贮存和运输过程中产品的包装不应破损。
附 录 A
(规范性)
首次放电比容量和首次库仑效率的测定方法
警示---使用本附录的人员应有正规实验室工作的实践经验。本附录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,并保证符合国家有关法规规定的条件。金属锂不应与
水接触,应防潮。
A.1 概述
本附录规定了硬炭材料的首次放电比容量及首次库仑效率的测试方法。
A.2 试剂及材料
A.2.1 水:应符合GB/T 6682中三级水的要求。
A.2.2 导电剂:乙炔炭黑,比表面积50m2/g~80m2/g,中值粒径D50为30nm~60nm。
A.2.3 粘结剂:聚丙烯酸(PAA),黏度大于7300MPa·s,D50≤1μm,或同等性能黏结剂。
A.2.4 金属锂片或锂带:符合 GB/T 4369-2015中 Li-3牌号要求的金属锂片或锂带,直径宜为
12mm~18mm,厚度宜为0.6mm~1.2mm。
A.2.5 硬炭集流体:铜箔。
A.2.6 锂集流体:镍网,厚度宜为0.15mm~0.25mm,直径宜为14mm~18mm。
A.2.7 隔膜:聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)复合膜,厚度宜为20μm~150μm,直径宜为18mm~24mm。
A.2.8 电解液:由六氟磷酸锂(LiPF6)溶于有机溶剂[碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙
酯(EMC)体积比为1∶1∶1]中形成的浓度为1mol/L的溶液。
A.2.9 扣式结构体:CR2016、CR2430或CR2032电池壳体,包括正极壳和负极壳。
A.3 仪器与设备
A.3.1 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。
注:RD表示“读数”;FS表示“量程”。
A.3.2 惰性气氛(氩气)手套箱
箱体总泄漏率(体积分数)不大于5×10-4h-1。
A.3.3 真空干燥箱
真空度小于100Pa,温度控制范围50℃~250℃,温度最大波动度±2℃、温度指示误差±2℃、温
度均匀度±5℃。
A.3.4 鼓风干燥箱
温度控制范围50℃~250℃,温度最大波动度±2℃、温度指示误差±2℃、温度均匀度±3℃。
A.3.5 电子天平
分度值为0.0001g。
A.3.6 电子天平
分度值为0.00001g。
A.3.7 搅拌机
搅拌速度2000r/min。
A.3.8 涂膜涂布器
刮刀高度200μm ~350μm。
A.3.9 海绵抛光棒
1500目。
A.3.10 高速分散机
搅拌速度200r/min~2000r/min。
A.4 扣式电池的制备
A.4.1 极片制备环境:温度25℃±2℃,相对湿度≤50%;扣式电池组装环境:温度25℃±2℃,水分
含量不大于1mg/m3,氧气含量不大于10mg/m3。
A.4.2 将试样和导电剂(A.2.2)放入鼓风干燥箱(A.3.4)中,在80℃~120℃干燥4h后,取出放置于
干燥器内冷却至室温备用。取一定量的黏结剂(A.2.3)置于烧杯中加入水(A.2.1)充分混合稀释,制得
固含量为5%的黏结剂水溶液备用。
A.4.3 将干燥后的试样和黏结剂的固含量与干燥后的导电剂按质量分数为91∶6∶3的配比进行计
算,用电子天平(A.3.5)分别对A.4.2中的干燥后的试样和黏结剂水溶液与干燥后的导电剂准确称量并
混合,采用高速分散机(A.3.10)以800r/min搅拌20s,再以2000r/min搅拌5min成膏状物。
注:可参考的称量步骤如下:取A.4.2中的4.55g干燥试样和0.15g干燥导电剂于50mL的烧杯中,加入6.0g固
含量为5%的黏结剂水溶液(见A.4.2)。
A.4.4 将膏状物用涂膜涂布器(A.3.8)均匀涂抹于硬炭集流体(A.2.5)上(或者采用其他涂布方式),直
至表面光滑,水平置于玻璃平板上,并整体移入鼓风干燥箱(A.3.4)中在95℃~105℃干燥至少2h,获
得单面面密度为60g/m2~100g/m2 的待加工极片。
A.4.5 取待加工极片,经裁片、压片制备成直径为8mm~14mm的极片,用电子天平(A.3.6)准确称重
后,其质量记为m极片。使用称量纸、铝箔包好后移入真空干燥箱(A.3.3)中,抽真空在110℃~130℃干
燥6h~12h,随后装入零件盒,并转移至惰性气氛(氩气)手套箱(A.3.2)中存放,获得加工好的极片。
A.4.6 截取一片硬炭集流体(A.2.5),冲取10个直径与A.4.5中加工好的极片相同的圆片,用电子天平
(A.3.6)准确称重后计算其质量平均值,记为m铜。
A.4.7 扣式电池的组装应在惰性气氛(氩气)手套箱(A.3.2)中进行,装配顺序自下而上依次为:正极
壳、极片、隔膜、金属锂片、锂集流体、负极壳。具体操作按下述步骤进行:
a) 摆放正极壳,不应使粉尘污染电池壳;
b) 滴加一滴电解液(A.2.8),放入极片(见A.4.5),并用镊子轻轻按下使电解液(A.2.8)将极片吸
住,在极片表面滴加一滴电解液(A.2.8);
c) 用镊子夹住隔膜(A.2.7),隔膜(A.2.7)边缘顶住电池壳内部的边缘,慢慢把隔膜(A.2.7)往下
放,如极片和隔膜(A.2.7)之间有气泡,则将隔膜(A.2.7)慢慢夹起后再慢慢放下,除去气泡,最
后松开镊子,此时隔膜(A.2.7)应在正极壳中心位置;
d) 在隔膜(A.2.7)正中间滴加一滴电解液(A.2.8),使用镊子夹起金属锂片(A.2.4),使用海绵抛
光棒(A.3.9)打磨。放入打磨好的金属锂片(A.2.4),轻压使金属锂片(A.2.4)被电解液(A.2.8)
吸住,并调节金属锂片(A.2.4)的位置至正中间;
e) 将锂集流体(A.2.6)放置在正中间位置,盖上负极壳,锂集流体(A.2.6)不应移位,电解液
(A.2.8)添加总量应为30μL~80μL。
A.5 测试步骤
A.5.1 环境温度:25℃±2℃,相对湿度≤40%。
A.5.2 将扣式电池在电池测试仪(A.3.1)上进行一次充电-放电循环。充放电倍率为0.1C,电压范围为
0.005V~1.5V,充放电要求如下,宜优先采用恒压法。
a) 恒压法:
---静置2h;
---放电:恒倍率0.2C放电至电压小于0.005V,恒压0.005V放电至电流小于3.5×10-6A;
---静置15min;
---充电:恒倍率0.2C充电至电压大于1.5V;
---静置15min。
b) 恒电流法:
---静置1h;
---放电:恒倍率0.1C放电至电压小于0.01V,恒倍率0.09C放电至电压小于0.005V,恒倍
率0.08C放电至电压小于0.005V,恒倍率0.07C放电至电压小于0.005V,恒倍率
0.06C放电至电压小于0.005V,恒倍率0.05C放电至电压小于0.005V,恒倍率0.04C
放电至电压小于0.005V,恒倍率0.03C放电至电压小于0.005V,恒倍率0.02C放电至
电压小于0.005V;
---静置15min;
---充电:恒倍率0.1C充电......
|