YBT 6254-2024《含石墨烯相关二维材料复合导电浆料》

ICS59.100.20CCSQ51YBThecompositeconductivepastecontaininggrapheXXXX-XX-XX发布中华人民共和国工业和信息化部发布1XX/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—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：哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司、冶金工业信息标准研究院、湖南金阳烯碳新材料股份有限公司、北京市科学技术研究院、江苏省特种设备安全监督检验研究院（国家石墨烯产品质量检验检测中心（江苏））、廊坊师范学院、青岛华高墨烯科技股份有限公司、江苏江南烯元石墨烯科技有限公司、中国计量科学研究院、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）、宁波石墨烯创新中心有限公司（国家石墨烯创新中心）、苏州晶格电子有限公司、国网天津市电力公司电力科学研究院、深圳中国计量科学研究院技术创新研究院、青岛市光塔纳米新材料科技有限公司。本文件主要起草人：时浩、李倩、刘建忠、刘伟丽、杨永强、梅佳、袁艳林、郭洪云、张小敏、任玲玲、白云、刘兆平、丁海龙、马伯杨、金森林、宋伟、李然、张维旭、刘思、张梅、聂曼、周旭峰、吴春艳、于奔、田子健、文钟强、孙梦寒。2XX/TXXXXX—XXXX含石墨烯相关二维材料复合导电浆料本文件规定了含石墨烯相关二维材料复合导电浆料要求和试验方法、检测规则以及标志、包装、运输、贮存。本文件适用于锂离子电池等新能源领域，以石墨烯相关二维材料为主并添加碳纳米管或其他具有某种功能的材料为导电介质，以N-甲基吡咯烷酮（简称“NMP”）或者水为溶剂的导电浆料的质量检验和规范。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/T23942化学试剂电感耦合等离子体原子发射光谱法通则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1石墨烯相关二维材料graphene-relatedtwodimensional(2D)material,GR2M层数不多于10的碳基二维材料，包括石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、氧化石墨烯等。3.2含石墨烯相关二维材料复合导电浆料compositeconductivepastecontaininggraphene-relatedtwodimensional(2D)material以石墨烯相关二维材料为主并添加碳纳米管或其他具有某种功能的材料为导电介质、与某种液体组成的多相混合物。3.3固含量solidcontent含石墨烯相关二维材料复合导电浆料在规定条件下烘干后剩余物占烘干前浆料质量的百分数。注：浆料烘干后的固体成分为石墨烯相关二维材料、用来复合的碳纳米管或某种功能的3.43XX/TXXXXX—XXXX细度fineness含石墨烯相关二维材料复合导电浆料中的石墨烯相关二维材料及用来复合的碳纳米管或某种功能的材料在连结料中的研磨程度。3.5涂层电阻率coatingresistivity含石墨烯相关二维材料复合导电浆料按规定的步骤制得的涂层，其内部的电流电场强度和稳态电流密度之比，即单位体积内的体积电阻。3.6粘度viscosity是含石墨烯相关二维材料复合导电浆料粘滞性的一种量度，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种3.7金属杂质含量metalimpuritycontent铁、钴、铜、镍、锌、铬等金属元素在含石墨烯相关二维材料复合导电浆料中的质量百分比。3.8水分moistureNMP等非水体系的含石墨烯相关二维材料复合导电浆料中的水分含量。4要求4.1通则含石墨烯相关二维材料复合导电浆料在满足一般性技术要求的基础上，可根据产品的用途，由供需双方协商附加技术要求。4.2一般性技术要求4.2.1外观：产品外观应为黑色或黑灰色液体浆料，状态均匀，无明显颗粒，具有一定流动性。4.2.2固含量应不小于1%。4.2.3浆料细度应不大于65μm。4.2.4涂层电阻率应不大于200mΩ·cm。4.2.5粘度应不大于10000mPa•s。4.2.6浆料所含铁、钴、铜、镍、锌、铬金属元素含量均应不大于300mg/kg，其余金属元素含量均应不大于50mg/kg。4.2.7NMP等非水体系的含石墨烯相关二维材料复合导电浆料中的水分应不大于2000mg/kg。4XX/TXXXXX—XXXX5试验方法5.1外观5.2固含量固含量的测定方法按附录A。5.3浆料细度细度的测定方法按附录B。5.4涂层电阻率涂层电阻率的测定方法按附录C。5.5粘度粘度的测定方法按附录D。5.6金属物质含量金属物质含量的测定方法按附录E。5.7水分NMP等非水体系的水分的测定方法按附录F。6检验规则6.1组批6.1.1产品应按批检验。6.1.2检验批由同一发货日期、同一用途的含石墨烯相关二维材料复合导电浆料组成。6.2取样数量每个检验批至少取三个样品。三个样品由同一取样人员在同一环境下取样。6.3检验项目6.3.1产品检验分为逐批检验和型式检验。6.3.2逐批检验项目见表1。表1逐批检验项目5XX/TXXXXX—XXXX6.3.3型式检验型式检验在有下列情况之一时，对本文件中规定的技术要求全部进行检验。a)原材料的批号、型号、供货厂家等有变更时；b)生产工艺流程有变化时；c)正常生产3个月时；d)生产设备停产3个月以上，又开始生产时；e)需方有特殊要求时。7标志、包装、运输、贮存7.1包装和标志7.1.1经检验合格的产品一般按25L、250L、1000L或其他与需方商定的数量为一个包装单位。包装严密，包装桶外壁应贴有标签，其上标明：a)供货号（供应该批货物的供货清单号码）；b)生产商（或制造商）的商标及名称；c)本文件号；d)品名规格；e)生产日期；f)生产商（或制造商）联系方式、地址。7.1.2如客户有特殊要求时，可采用其他包装和标志的方式。7.2运输和贮存7.2.1产品适合在正常环境温度下储存，仓库应保持通风、干燥。产品自生产之日起，在所要求的包装、储存条件下，建议需方于产品保质期内使用。注：水系浆料存储温度不低于0℃。7.2.2产品堆放应整齐、清洁，产品标志应清晰易辨认，不应重压。7.2.3避免与可使产品变质或使包装袋损坏的物品混存、混运。7.2.4贮存和运输过程中产品的包装应清洁和不破损。如产品包装破损，不应重新包装。7.2.5运输时，每批产品应附有检测报告，内容包括该批产品的相关技术参数、保质期或其他与需方约定的内容。6XX/TXXXXX—XXXX附录A固含量的测定方法A.1范围本附录适用于烘箱加热法测定试样的固含量。A.2方法原理加热已知质量的试样，蒸发掉在试验条件下可挥发的物质，再测定残留物的质量。A.3仪器与设备A.3.1鼓风干燥箱：温度范围室温～250℃,鼓风。A.3.2天平：精度0.0001g。A.3.3表面皿：推荐直径100mm。A.3.4干燥皿。A.4试验步骤A.4.1将三个干燥洁净的表面皿在120℃±5℃烘箱内干燥至恒重记作m1。A.4.2将浆料迅速均匀涂抹于三个表面皿上，用天平称重记作m2（推荐涂抹的浆料质量为2.0g～24.0g样品做好标记后放入已调节至140℃±5℃的恒温鼓风烘箱内干燥至恒重，然后放于干燥皿内冷却至室温。A.4.3将冷却后的样品用天平迅速称重，记作m3。A.4.4计算试验结果。固含量记为c，c=(m3-m1)/(m2-m1)*100%。A.5结果计算及数据处理根据上述测试的三组数据，若结果相差不大于0.05%，取三组样品固含量的平均值为产品固含量。A.6试验报告报告应包含以下内容：a）生产批号、日期、时间、测试地点、试验使用仪器型号和操作人员等。b）三组样品固含量测定结果及产品固含量。c）在试验中观察到的异常现象。d）任何不包括在本文件中的操作或是自由选择的试验条件。7XX/TXXXXX—XXXX附录B细度的测定方法B.1范围本附录适用于刮板细度计测定试样的细度。B.2方法原理刮板细度计是用于检测涂料及油墨颗粒细度的大小，它是一个在表面有凹槽或双凹槽的不锈钢平板，凹槽的深度由一端的大变化至另一端的零值。放置试样，用刮刀在凹槽内刮成试样薄膜，从薄膜中产生的线条来测定试样粒子的大小。在平板上标注出凹槽对应深度，以读出被测量颗粒的大小。典型的细度板见图B.1。图B.1典型的细度板B.3试剂及材料B.3.1酒精：工业级。B.3.2无尘纸。B.4仪器与设备B.4.1刮板细度计：0～100μm。B.4.2塑料滴管：推荐5mL。B.5试验步骤B.5.1用无尘纸蘸取酒精将刮板细度计表面擦拭干净。B.5.2用塑料滴管吸取试样，在沟槽最深部位（刻度值最大部位）滴入1滴试样。B.5.3将刮刀横置于刮板细度计刻度值最大部位(在试样边缘处)，同时使刮刀与刮板表面垂直接触。在3s内，将刮刀由最大刻度部位向刻度最小部位匀速拉过。B.5.4立即(不应超过5s)使视线与沟槽平面成15°~30°角，对光观察沟槽中颗粒均匀显露处，并记下相应的刻度值。B.5.5用无尘纸蘸取酒精，将刮板和刮刀擦拭干净。B.6结果计算及数据处理根据试验步骤，重复进行三次试验，记录三次试验的数据，产品细度为三次试验结果的平均值。B.7实验报告报告应包含以下内容：8XX/TXXXXX—XXXXa）生产批号、日期、时间、测试地点、试验使用仪器型号和操作人员等。b）三次试验结果及平均值。c）在试验中观察到的异常现象。d）任何不包括在本文件中的操作或是自由选择的试验条件。9XX/TXXXXX—XXXX涂层电阻率的测定方法C.1范围本附录适用于四探针法测定试样的涂层电阻率。C.2方法原理四探针测试技术是用4根等间距配置的探针压在试样表面上，由恒流源给外侧的两根探针（1和4针）提供一个适当小的电流I，然后测量出中间两根探针（2和3针）之间的电压U，根据四探针算法就可以求出试样的电阻率ρ。图C.1四探针法测试原理图对于厚度为w的试样薄片（w远小于矩形试样长和宽或圆形试样直径），试样电阻率计算公式为：ρ=(π/ln2)w(U/I) 式C-1=4.532w(U/I) 式C-2式中：w试样厚度，单位cm。U测试电压，单位VI测试电流，单位AC.3试剂及材料C.3.1聚酰亚胺薄膜（PI膜）：厚度0.05mm～0.1mm。C.3.2聚偏二氟乙烯溶液：浓度10%。C.3.3丁苯橡胶乳液：浓度50%。C.3.4N-甲基吡咯烷酮：纯度≥99%。C.4仪器与设备C.4.1鼓风干燥箱：温度范围室温～250℃,鼓风。C.4.2行星式离心搅拌机：容量≥350ml，转速300rpm～2500rpm无极变速。C.4.3涂布机：涂布厚度100um～250um。C.4.4四探针测试仪：XX/TXXXXX—XXXX探针类型：半球形钝型针尖，磷铜合金表面镀金。探针间距：推荐1mm或2mm。探针压力：总压力400g～600g。四探针测试仪测量范围：电阻率10-4Ω-cm～103Ω-cm。C.4.5天平：精度0.0001g。C.4.5螺旋测微仪：精度＞0.001mm。C.5试验步骤C.5.1浆料配置NMP等非水体系浆料：按照聚偏二氟乙烯（固体）和含石墨烯相关二维材料复合导电浆料固含量的质量比例1：1，以及不同的试样固含量，计算出行星式离心搅拌机可以混合样品的最佳总质量需要的聚偏二氟乙烯溶液、试样和N-甲基吡咯烷酮的质量。使用天平分别称取聚偏二氟乙烯溶液、试样和N-甲基吡咯烷酮，放入称量盒中，置于行星式离心搅拌机中，2000rpm，匀浆10min，搅拌均匀。水系浆料：按照丁苯橡胶（固体）和含石墨烯相关二维材料复合导电浆料固含量的质量比例1：1，以及不同的试样固含量，计算出计算行星式离心搅拌机可以混合样品的最佳总质量所需要的丁苯橡胶乳液、试样和纯水质量。使用天平分别称取丁苯橡胶乳液、试样和纯水，放入称量盒中，置于行星式离心搅拌机中，2000rpm，匀浆10min，搅拌均匀。C.5.2测量PI膜的厚度t1。C.5.3将30cmx20cm的基底（PI膜）置于涂布机上，将混合均匀的浆料倒在PI膜的一端，推荐采用厚度为200μm的刮刀，将浆料均匀的涂布在基底上。C.5.4涂布好的极片膜片置于烘箱中，NMP等非水体系浆料极片在温度120℃±5℃下烘干至恒重，水系浆料极片在温度不高于100℃下烘干至恒重。C.5.5烘干后的极片膜片两端各裁剪掉5cm左右，用螺旋测微仪测量极片厚度t2，涂覆厚度记为t，t=t2-t1。设置好仪器参数，在极片居中位置画出九宫格，九宫格推荐为6cm*6cm，每个格子为2cm*2cm，用四探针测试仪在九个格子中进行测试，并记录试验结果。C.6结果计算及数据处理根据试验步骤，将九个数据取平均值，即为本次试验的结果。C.7试验报告报告应包含以下内容：a）生产批号、日期、时间、测试地点、试验使用仪器型号和操作人员等。b）试验的九个数据及平均值。c）在试验中观察到的异常现象。d）任何不包括在本文件中的操作或是自由选择的试验条件。XX/TXXXXX—XXXX粘度的测定方法D.1范围本附录适用于旋转粘度计测定试样的粘度。D.2方法原理粘度与流体的流型有关。根据流体受到剪切应力时产生的剪切速率的变化情况，可把流体分为4种类型：牛顿流体、塑性流体、假塑流体与膨胀流体。图D.1牛顿流体与牛顿流体流动特性图其中牛顿流体的特性是引起流动的剪切应力(τ)与流体产生的剪切速率（dv/dx）成正比。而旋转粘度计其工作原理即基于牛顿流体模型。其原理是利用液体的粘滞阻力来测量粘度,通过旋转一定的转子来产生粘滞阻力,然后测量所需时间内转子的旋转角度,从而计算出粘度值。牛顿流体与牛顿流体流动特性图见图D.1。D.3仪器与设备D.3.1玻璃烧杯：推荐250ml。D.3.2旋转粘度计：测量范围0~50000mPa·S。D.3.3采用转速为12rpm，量程范围不小于10000mPa·S的转子进行测试，粘度测定应在一个恒定的温度下进行，最好是应在20℃或一个略高于20℃的温度下进行测试。D.4试验步骤D.4.1按照旋转粘度计设备要求，先将设备底座底部的两个水平螺丝调整水平，并从粘度计上部前方的气泡水平仪确认仪器是否达到水平状态。若气泡在中心区域内则粘度计已经水平。D.4.2接通电源，打开旋转粘度计电源，设置好转子和其他参数。D.4.3推荐采用250mL烧杯取200mL左右样品，将转子放入样品中，并连接到连接螺母上。将转子旋下至样品液面与刻度线齐平。按下开始键，仪器会转到运行粘度测试界面，测试结束后，准备记录测试结果。注：螺母螺纹为左旋螺纹。XX/TXXXXX—XXXXD.5结果计算及数据处理直接从仪器读取测试结果，主要需仪器测试稳定时的数据。D.6试验报告报告应包含以下内容：a）生产批号、日期、时间、测试地点、试验使用仪器型号和操作人员等。b）试验结果。c）在试验中观察到的异常现象。d）任何不包括在本文件中的操作或是自由选择的试验条件。XX/TXXXXX—XXXX金属物质含量的测定方法E.1范围本附录适用于电感耦合等离子体发射光谱法测定试样中的金属物质含量。E.2方法原理电感耦合等离子体发射光谱法的原理是试样溶液经雾化系统雾化后形成气溶胶，由载气带入等离子内，在高温和惰性氩气气氛中蒸发、原子化、激发和电离，见图E.1。被测元素的原子或离子被激发时，电子在原子内不同能级跃迁，当由高能态向低能态跃迁时产生特征辐射，通过确定这种特征辐射的波长及其相对强度，可对各元素进行定性或定量分析，见图E.2。图E.1原子发射特征谱由来图E.2仪器原理E.3试剂及材料E.3.1纯水：电导率不大于5μs/cm。E.3.2硝酸：分析纯，浓度不低于65%。E.3.3盐酸：分析纯，浓度不低于36%。E.3.4标准溶液：铁、钴、铜、镍、锌、铬等金属元素的溶液，浓度1000mg/L，可保存1年，保存温XX/TXXXXX—XXXXE.3.5滤纸：定量滤纸E.4仪器与设备E.4.1聚四氟乙烯烧杯：推荐150ml。E.4.2电感耦合等离子体发射光谱仪或等同性能的仪器。仪器校准应符合GB/T23942的要求。E.4.3分析天平：精度为0.0001g。E.4.4电热板：加热温度不小于250℃或其他可加热设备。E.4.5容量瓶：100ml。E.5测试步骤E.5.1标样配置0.5mg/L、1mg/L和2mg/L。E.5.2样品称量样品称量步骤如下：a）取聚四氟乙烯烧杯若干,分别编号，与未知样品序列号一一对应。b）称取1g左右浆料，精确至0.0001g，并记录好称取浆料的重量，记为m。c）另取一个烧杯，不盛装任何样品，作为空白样品。E.5.3样品处理样品处理步骤如下：a）样品消解:将称好的样品加入9mL盐酸、3mL硝酸及50ml纯水，在不低于260℃电热板上加热煮沸约30min后冷却至不再有酸雾挥发。空白样品也加入9mL盐酸、3mL硝酸及50ml纯水，在不低于260℃电热板上加热煮沸约30min后冷却至不再有酸雾挥发。b）过滤：将消解完的固液混合物过滤到100mL的容量瓶中，过滤完将烧杯冲洗3次，洗液一并过滤至容量瓶中。c）定容：将装有滤液的容量瓶用蒸馏水定容到刻度线，摇匀。E.5.4仪器分析步骤设置好仪器状态，