《固态电池高镍三元正极材料稳定性测试方法》标准征求意见稿

1T/CMEEEAXXXX—2025固态电池高镍三元正极材料稳定性测试方法本文件规定了固态电池高镍三元正极材料稳定性测试方法的原理、测试条件、技术要求、仪器设备、样品、测试方法、实验数据处理、质量保证和控制与测试报告等内容。本文件适用于固态电池中高镍三元正极材料的稳定性能的测试与评估。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/T5314粉末冶金用粉末－取样方法GB/T9724化学试剂pH值测定通则GB/T10586湿热试验箱技术条件GB/T13464物质热稳定性的热分析试验方法GB/T25708球磨机GB/T25915.7洁净室及相关受控环境第7部分：隔离装置（洁净风罩、手套箱、隔离器、微环境）GB/T27761热重分析仪失重和剩余量的试验方法GB/T27788微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则GB/T29251真空干燥箱GB/T30903无机化工产品杂质元素的测定电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）GB/T44027.1炭材料测定方法第1部分：首次放电比容量、首次库仑效率、不同倍率放电容量保持率的测定GB/T44027.2炭材料测定方法第2部分：膨胀率的测定JB/T7405热重分析仪JB/T11144X射线衍射仪JB/T13176差示扫描量热仪JY/T0568电感耦合等离子体质谱分析方法通则NB/T10294机房走线架ISO16773-4有涂层和无涂层金属样品的电化学阻抗频谱(EIS).第4部分:有聚合物涂层和无聚合物涂层样品频谱示例[Electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)oncoatedanduncoatedmetallicspecimens-Part4:Examplesofspectraofpolymer-coatedanduncoatedspecimens]3术语和定义下列界定的术语和定义适用于本文件。3.1高镍三元正极材料highnickelternarycathodematerial化学式为LiNiXCoYMnZO2（x+y+z=1且x≥0.8）的锂离子电池正极活性材料，具有高比容量特性，用于固态电池正极的材料。4原理2T/CMEEEAXXXX—20254.1热稳定性测试原理在程序控温与惰性气氛下，利用差示扫描量热仪（DSC）检测材料分解放热起始温度、峰值温度及放热量，TGA同步记录质量损失，量化高镍正极的热分解敏感性。4.2电化学稳定性测试原理以半电池的恒流充放电获取初始比容量、库仑效率；循环后容量保持率反映晶体结构及界面副反应程度。4.3化学稳定性测试原理60℃下碳酸二甲酯（DMC）浸泡加速Ni溶出，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）定量；去离子水萃取测定表面碱量，评价残碱与电解液腐蚀倾向。4.4循环稳定性测试原理组装固态全电池，0.5C长循环监测容量衰减与极片厚度膨胀，耦合X射线衍射仪（XRD）追踪晶体结构演变，综合判定材料在固态体系中的寿命极限。5测试条件5.1环境条件固态电池高镍三元正极材料稳定性测试环境条件应符合以下要求：a）温度：固态电池高镍三元正极材料稳定性测试温度应满足（25±2）℃;b）相对湿度：样品制备与电化学测试区域相对湿度应≤30%，湿热储存试验除外；c）气氛：测试全程在氩气手套箱内操作，H2O/O2＜0.0001%。5.2设备运行条件固态电池高镍三元正极材料稳定性测试设备运行条件应符合以下要求：a）差示扫描量热仪（DSC）：温度范围25℃~600℃,温度控制精度±0.1℃,升温速率为5℃/min～10℃/min；b）热重分析仪（TGA）：质量精度±0.01mg，升温速率5℃/min～10℃/min；c）电化学工作站：频率范围10μHz～10MHz，电压测量精度±0.5%，电流测量范围1pA～2A；d）电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）：元素检测限≤0.1μg/L，重复性相对标准偏差≤2%；e）X射线衍射仪（XRD）：扫描范围10º~80º,步长0.02º,扫描速度5º/min；f）湿热试验箱：温度控制精度±1℃,湿度控制精度±5%RH，符合GB/T10586要求；g）电池测试系统：电流控制精度±0.1%FS，电压控制精度±0.01V。6技术要求6.1性能要求固态电池高镍三元正极材料稳定性应符合表1规定。表1固态电池高镍三元正极材料稳定性T/CMEEEAXXXX—202536.2试剂要求固态电池高镍三元正极材料稳定性测试应符合表2要求。表2固态电池高镍三元正极材料稳定性测试试剂要求），6.3材料要求固态电池高镍三元正极材料稳定性测试材料应符合表3的要求：表3固态电池高镍三元正极材料稳定性测试材料要求离子电导率≥1×10S/cm（25℃)7仪器设备7.1热稳定性测试仪器设备固态电池高镍三元正极材料热稳定性测试的仪器设备应符合表4规定。表4热稳定性测试仪器设备7.2电化学测试仪器设备固态电池高镍三元正极材料电化学稳定性测试的仪器设备应符合表5规定。T/CMEEEAXXXX—20254表5电化学稳定性测试仪器设备7.3化学稳定性仪器设备固态电池高镍三元正极材料化学稳定性测试的仪器设备应符合表6规定。表6化学稳定性测试仪器设备分辨率：≤1nm（15kV放大倍率：100×~温度范围：0℃~100℃；湿度范围：20%RH~7.4循环稳定性仪器设备固态电池高镍三元正极材料循环稳定性测试的仪器设备应符合表7规定。表7循环稳定性测试仪器设备HO/O含量1ppm；温度范围：25℃~200℃;球料比：10:18样品8.1样品制备固态电池高镍三元正极材料稳定性测试样品制备应符合以下要求：a）粉末样品：按GB/T5314取样，研磨过筛满足≤38µm；b）极片制备：活性物质:导电剂:粘结剂=90:5:5（质量比），涂布厚度60µm，辊压后压实密度3.4g/cm3；c）预处理：极片在120℃真空干燥12h，转至手套箱备用。8.2样品保存T/CMEEEAXXXX—20255固态电池高镍三元正极材料稳定性测试样品保持应符合以下要求：a）粉末样品：密封于铝塑袋中，内置干燥剂，储存于（25±2）℃、相对湿度≤30%的环境中，保存期限不超过7天；b）正极电极：手套箱内储存，避免与空气接触，储存期限不超过3天；c）组装好的半电池：手套箱内静置24h后进行测试，未测试完成的电池需继续在手套箱内保存，保存期限不超过5天；d）所有样品需标注清晰信息：样品名称、编号、组成、制备日期、保存条件。9测试方法固态电池高镍三元正极材料稳定性测试方法应符合表8规定。表8稳定性测试方法计算第1次循环后效率，放电容量/充电容样品与去离子水按1:10质量比混合，210实验数据处理10.1数据记录在测试过程中，应详细记录所有原始数据，包括但不限于测试环境条件、仪器设备参数、样品信息、测试步骤及每个步骤的具体操作细节、测量得到的数值及其单位，并确保数据记录的准确性和完整性。10.2数据处理方法10.2.1热稳定性数据处理热稳定性数据处理应满足以下要求：a）DSC曲线基线校正后，采用切线法确定起始分解温度；b）放热峰值温度取DSC曲线峰值对应温度；c）放热量通过积分放热峰面积计算，单位统一为J/g。10.2.2电化学性能数据处理10.2.2.1比容量按公式（1）计算：T/CMEEEAXXXX—20256式中：C-比容量，单位为mAh/g；I-电流，单位为mA；T-放电时间，单位为h；M-活性物质质量，单位为g。10.2.2.2容量保持率按公式（2）计算：式中：Ω-容量保持率；Cn-第n次循环容量，单位为mAh/g；C1-首次循环容量，单位为mAh/g。10.2.3化学稳定性数据处理化学稳定性数据处理应满足以下要求：a）Ni溶出量以ICP-MS测得浓度(μg/L）换算为mg/kg样品；b）pH变化为测试后溶液pH与空白对照差值；c）XRD数据采用Jade软件进行物相分析，与标准PDF卡片比对。10.2.4循环稳定性数据处理循环稳定性极片中膨胀率按公式（3）计算：式中：γ-极片膨胀率；d-极片厚度，单位为μm。10.3重复性与再现性评估10.3.1重复性同一实验室、同一操作员对同一样品进行多次测试，计算测试结果的相对标准偏差（RSD）。要求热分解起始温度RSD≤2%、CV峰电流衰减率RSD≤3%、Ni溶出量RSD≤5%、容量保持率RSD≤3%。10.3.2再现性不同实验室或不同操作员对同一样品进行测试，通过计算实验室间测试结果的相对偏差，评估再现性，要求相对偏差≤10%。10.4数据审核与异常处理10.4.1数据审核对所有测试数据进行严格审核，包括数据的准确性、完整性和合理性。审核内容应涵盖数据记录是否规范、计算过程是否正确、测试结果是否符合预期等。10.4.2异常数据处理当发现测试数据异常时，应进行复查。首先检查测试过程中是否存在操作失误、仪器设备故障或环境条件不符合要求等情况。如确定数据异常，应重新进行测试，并记录异常原因及处理措施。10.5测试结果T/CMEEEAXXXX—20257将测试结果以清晰、准确的方式呈现，包括数据表格、图表、文字描述等。对于每个测试项目，应提供详细的测试结果，并对测试结果进行分析，结合样品的制备工艺、材料特性等因素，探讨物理与电化学性能之间的内在联系。分析结论包括性能指标的优劣、可能的影响因素、改进建议等。11质量保证和控制11.1仪器设备校准所有仪器设备应定期送至专业计量机构进行校准，并在有效期内使用。11.2环境监测在测试过程中，应实时监测环境温度和湿度，并记录相关数据，当环境条件超出规定范围时，应暂停测试并采取相应的措施进行调整。11.3样品检查在测试前和测试后，应对样品进行外观检查，确保样品无损坏或污染。11.4人员保证测试人员应具备材料科学、电化学、化学等相关专业本科及以上学历，或持有固态电池电解质测试领域专业技术资格证书。严格执行本文件