固態(tài)電池硅基負極材料的水分怎么測？

2025年11月21日 09:06:17人氣：20來源：上海禾工科學儀器有限公司

　　測量這類對水分極其敏感且價值較高的材料，推薦使用卡爾·費休庫侖法(庫侖法) 與卡氏加熱爐聯(lián)用的技術。這是目前行業(yè)內(nèi)認可的準確的方法。

　　主要分為以下幾個核心環(huán)節(jié)：

　　一、方法原理：精準的化學“偵察兵”

　　卡爾·費休庫侖法的核心原理是利用電解產(chǎn)生的碘來“抓捕”水分。在儀器的滴定池中，碘離子會在外加電流的作用下發(fā)生反應，生成碘分子。這些碘分子非常活躍，會立即與樣品中引入的水分發(fā)生定量的化學反應。

　　關鍵點在于：儀器會精確記錄電解生成碘所消耗的電量。根據(jù)法拉第定律，消耗的電量與參與反應的碘量成正比，而碘量又與水分的量有著嚴格的化學計量關系。因此，通過測量電量，儀器就能直接、精確地計算出水分的絕對質(zhì)量。這種方法對于測量微量水分(可達ppm級別)具有優(yōu)勢。

　　二、關鍵設備：專用的“水分蒸發(fā)室”

　　對于固態(tài)的硅基負極材料，其中的水分不僅吸附在表面，還可能存在于顆粒內(nèi)部或晶格間。簡單的直接進樣無法釋放它們。這時，就需要卡氏加熱爐登場。

　　它的作用：它是一個可以精確控溫的加熱樣品盤。我們將樣品放入小瓶中，密封后送入加熱爐。

　　工作過程：加熱爐會迅速升溫到預設的高溫(對于硅基材料，通常在180°C ~ 250°C之間，需根據(jù)材料特性優(yōu)化)，將牢牢束縛在材料內(nèi)部的水分蒸發(fā)出來。

　　水分傳輸：一股持續(xù)、穩(wěn)定且經(jīng)過深度干燥的惰性氣體(如高純氮氣)會作為“運輸隊”，將這些蒸發(fā)出來的水蒸氣“押送”到卡爾·費休滴定池中進行測量。

　　三、標準操作流程：一場嚴謹?shù)?ldquo;抓捕行動”

　　1. 前期準備(創(chuàng)造干燥環(huán)境)：

　　儀器校準：確保卡爾·費休水分測定儀和加熱爐工作正常，并定期用標準品進行校準。

　　環(huán)境控制：這是整個測試成功的基石。所有樣品的取樣、稱量操作，必須在充滿高純氬氣或氮氣的手套箱中進行，確保環(huán)境露點穩(wěn)定在-40°C以下。任何在空氣中的暴露都會導致結(jié)果嚴重偏高。

　　2. 樣品稱量與密封(鎖定目標)：

　　在手套箱內(nèi)，用分析天平精確稱取一定量的樣品(通常為0.1g至1g，具體取決于預估含水量)。

　　將稱好的樣品迅速放入專用的干燥樣品瓶中，并立即用帶有隔墊的瓶蓋嚴格密封，確保水分無法進出。

　　3. 測試執(zhí)行(執(zhí)行抓捕)：

　　將密封好的樣品瓶快速轉(zhuǎn)移到加熱爐的進樣口。

　　使用專用進樣針穿過隔墊，將樣品瓶與加熱爐的載氣流路連接。

　　設置好加熱溫度、載氣流速等參數(shù)，啟動測試程序。

　　加熱爐開始工作，釋放水分；干燥載氣將其帶入滴定池；滴定池自動進行滴定并記錄數(shù)據(jù)。

　　4. 數(shù)據(jù)處理與空白校正(核實戰(zhàn)果)：

　　儀器會自動計算并顯示水分含量(通常以μg/g或ppm表示)。

　　至關重要的一步：必須進行一次空白實驗，即不放入樣品，但執(zhí)行相同的加熱和測試流程。這可以測量出系統(tǒng)本身(如載氣、樣品瓶、隔墊)可能引入的微量水分，并從樣品測試結(jié)果中扣除，確保最終數(shù)據(jù)的絕對準確。

　　四、核心注意事項與技術要點

　　溫度是關鍵：加熱溫度不能太高，以防硅基材料發(fā)生熱分解；也不能太低，否則水分無法釋放。需要通過實驗優(yōu)化找到適合您特定材料的“黃金溫度點”。

　　密封是生命線：從手套箱到儀器進樣口的轉(zhuǎn)移過程要盡可能快，樣品瓶的密封性要確保。

　　重復驗證：按照標準要求，對同一樣品至少進行三次平行測試，以確保結(jié)果的重復性和可靠性。

　　總結(jié)一下，要準確測量固態(tài)電池硅基負極材料的水分，您需要：一套卡爾·費休庫侖法水分儀 + 一臺卡氏加熱爐 + 一個可控的超干燥環(huán)境(手套箱)，并嚴格遵循標準的取樣、密封和測試流程。

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