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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) 與卡氏加熱爐聯用的技術。這是目前行業內認可的準確的方法。
主要分為以下幾個核心環節:
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量。這種方法對于測量微量水分(可達ppm級別)具有優勢。
二、 關鍵設備:專用的“水分蒸發室"
對于固態的硅基負極材料,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,需根據材料特性優化),將牢牢束縛在材料內部的水分蒸發出來。
水分傳輸:一股持續、穩定且經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:一場嚴謹的“抓捕行動"
1. 前期準備(創造干燥環境):
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,確保環境露點穩定在-40°C以下。任何在空氣中的暴露都會導致結果嚴重偏高。
2. 樣品稱量與密封(鎖定目標):
在手套箱內,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. 測試執行(執行抓捕):
將密封好的樣品瓶快速轉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,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據。
4. 數據處理與空白校正(核實戰果):
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,但執行相同的加熱和測試流程。這可以測量出系統本身(如載氣、樣品瓶、隔墊)可能引入的微量水分,并從樣品測試結果中扣除,確保最終數據的絕對準確。
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,以防硅基材料發生熱分解;也不能太低,否則水分無法釋放。需要通過實驗優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,以確保結果的重復性和可靠性。
總結一下,要準確測量固態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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