1.本发明涉及电池材料检测领域，具体涉及一种石墨烯粉体中磁性物质的测定方法。
背景技术：
2.石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料。石墨烯比表面积为2630m2/g，导热系数高达5300w/m
·
k，其载流子迁移率约15000cm2/v
·
s，电阻率只10-8
ω
·
cm，强度高达1.01tpa。石墨烯优越的电性能、热性能和机械性能使其具有广阔的应用前景。
3.目前，石墨烯在锂电领域应用最广泛的即作为导电添加剂，利用石墨烯优异的导电性、超大的比表面积、独特的二维网络结构，将其与其他导电碳材料复合，进一步提高锂离子电池倍率性能和循环寿命。
4.锂离子电池正极材料中含有磁性物质杂质。这些磁性物质不仅会降低材料的能量密度，还会发生一系列副反应，导致电池的使用寿命和安全性能降低。石墨烯作为导电浆料的重要组成部分，其磁性物质含量测试准确度对电池性能极其重要。
5.目前，行业内广泛应用测试粉体材料的方法是将炭黑、碳纳米管、石墨烯等粉体与氮甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮等助剂分散在溶剂中配置成浆液，用磁棒吸附磁性异物后再溶解测试。然而，石墨烯片径大、卷曲易团聚，不易分散，导致磁性异物和非磁性的金属杂质均会包覆在石墨烯片层中，传统方法会使磁性异物和非磁性的金属杂质同时被磁棒吸附和检测，造成磁性物质测试结果偏高，另外，使用助剂和有机溶剂分散，操作复杂且不环保，故需要提供一种绿色、稳定且准确的测试石墨烯磁性物质的方法。
技术实现要素：
6.本发明提供了一种石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，用以解决目前石墨烯粉体中磁性物质测定结果不准确、操作复杂且不环保的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.一种石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
9.(1)将所述石墨烯粉体与溶剂混合后采用分散机进行分散，得到石墨烯分散液；
10.(2)取部分所述石墨烯分散液进行球磨处理，再加入所述溶剂得到石墨烯浆料分散液；
11.(3)向所述石墨烯浆料分散液中放入磁棒并充分搅拌，于磁棒上收集得到磁性物质；
12.(4)将所述磁性物质溶解得到溶解液，采用光谱仪对所述溶解液中成分进行定量检测，即实现所述石墨烯粉体中磁性物质的测定。
13.上述技术方案的设计思路在于，本技术采用高速分散和球磨破碎的方式对石墨烯粉体进行处理，高速分散能获取均匀的石墨烯分散液，其提供的剪切力能助于片层间金属杂质脱落，球磨破碎使石墨烯片层中的磁性物质和非磁性的金属杂质充分释放，破坏了石
墨烯的卷曲、团聚结构，使得其片层间包覆的磁性物质和非磁性物质均形成有效释出，避免了因上述原因造成的磁性物质含量测定不准确的问题，实现了对磁性物质含量的客观评价。
14.作为上述技术方案的进一步优选，所述溶剂为去离子水，且所述测定方法中不添加有机溶剂。采用本发明的技术方案对磁性物质进行测定，仅需使用去离子水对分散和球磨操作进行辅助，无需添加有机溶剂以及氮甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮等有机分散助剂，避免了有机物的残留对测定结果以及对环境的不利影响。
15.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中所述分散操作采用配备锯齿分散盘和分散容器的变频分散机进行。具备锯齿分散盘的分散机可更好、更效率地打散石墨烯粉体之间形成的团聚、卷曲结构形貌，利于片层间金属杂质的脱落和释放，进一步提升测定结果的准确性。
16.作为上述技术方案的进一步优选，所述锯齿分散盘的直径为分散容器直径的0.3～0.7倍。锯齿分散盘的直径为6cm，分散容器为2000ml烧杯。分散盘尺寸是影响分散效果的重要因素，一般情况下，分散盘直径为容器直径的0.3～0.7倍(2000ml烧杯直径约为14cm)，样品量为分散容器的50-80％时，在合适的转速下，转动轴周围形成一个通道并可见分散盘，此时分散效果最佳。
17.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中所述分散操作的分散速率为300～500rpm/min，分散时间大于60min。
18.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中所述石墨烯粉体与溶剂的质量比为1：(100～150)。所制备的石墨烯粉体的松装密度为0.006-0.008g/cm3，比表面积约为200m2/g，吸液量大。通过多组对比试验，确定石墨烯粉体与溶剂质量比为1：(100～150)时，石墨烯分散较好。低于1:100时，石墨烯分散难度更大，分散时间更长，所得分散液较稠；质量比超过1:150时，分散液较稀。石墨烯的浓度过高或过低，均会影响球磨效果而影响杂质释放。
19.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述球磨处理采用配置有不同直径氧化锆珠的球磨装置进行，所述氧化锆珠的直径为2mm、3mm、5mm和8mm，球磨装置中每种直径的氧化锆珠的量均相同。尺寸较大的锆珠破碎力更强，能破碎较大粒径的物料，小球可填充大球间的空隙，提高研磨体的堆积密度，以控制物料流速，多级锆珠搭配能提升球磨效果。
20.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述球磨处理的球磨速率为600rpm/min，球磨时间为60～480min。
21.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述溶剂的添加量为所述部分石墨烯分散液体积的10～20倍。
22.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中所述磁棒的磁通量大于6000高斯。
23.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中采用王水对所述磁性物质进行溶解，王水中浓盐酸与浓硝酸体积比为3:1。
24.与现有技术相比，本发明的优点在于：
25.本发明的测定方法结合高速分散和球磨破碎，操作简单、流程简便，不需添加助剂和有机溶剂，即可实现包覆在石墨烯中的磁性物质和非磁性的金属杂质于去离子水中的有效释出，利于磁棒对磁性异物的单独吸附，提高测试结果的稳定性和准确性，真实的反映石
墨烯粉体的磁性物质含量，为材料的指标制定提供稳定的参考。
具体实施方式
26.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
27.实施例1
28.本实施例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
29.(1)向1l容器内加入500ml去离子水，使用高速分散机配备锯齿分散盘(锯齿分散盘的直径为6cm，分散容器为2000ml烧杯)以300rpm/min转速搅拌，缓慢加入5g石墨烯粉体，分散60min，得到石墨烯分散液；
30.(2)在持续搅拌分散的动态石墨烯分散液中，用移液器取30ml石墨烯分散液于100ml聚四氟乙烯球磨罐中，并配有一套氧化锆珠(直径2mm、3mm、5mm、8mm锆珠各40g)，在球磨机中以转速600rpm/min球磨60min，每30分钟转换一次球磨方向，得到石墨烯浆料；
31.(3)将所获石墨烯浆料用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
32.(4)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表1所示。
33.表1实施例1的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
34.fenicrmn磁性物质74.812.97.021.9896.7
35.实施例2
36.本实施例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
37.(1)向1l容器内加入500ml去离子水，使用高速分散机配备锯齿分散盘(锯齿分散盘的直径为6cm，分散容器为2000ml烧杯)以300rpm/min转速搅拌，缓慢加入5g石墨烯粉体，分散60min，得到石墨烯分散液；
38.(2)在持续搅拌分散的动态石墨烯分散液中，用移液器取30ml石墨烯分散液于100ml聚四氟乙烯球磨罐中，并配有一套氧化锆珠(直径2mm、3mm、5mm、8mm锆珠各40g)，在球磨机中以转速600rpm/min球磨180min，每30分钟转换一次球磨方向，得到石墨烯浆料；
39.(3)将所获石墨烯浆料分散液用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
40.(4)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表2所示。
41.表2.实施例2的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
42.fenicrmn磁性物质46.208.734.571.3360.83
43.实施例3
44.本实施例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
45.(1)向1l容器内加入500ml去离子水，使用高速分散机配备锯齿分散盘(锯齿分散盘的直径为6cm，分散容器为2000ml烧杯)以300rpm/min转速搅拌，缓慢加入5g石墨烯粉体，分散60min，得到石墨烯分散液；
46.(2)在持续搅拌分散的动态石墨烯分散液中，用移液器取30ml石墨烯分散液于100ml聚四氟乙烯球磨罐中，并配有一套氧化锆珠(直径2mm、3mm、5mm、8mm的各40g)，在球磨机中以转速600rpm/min球磨300min，每30分钟转换一次球磨方向，得到石墨烯浆料；
47.(3)将所获石墨烯浆料分散液用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
48.(4)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表3所示。
49.表3.实施例3的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
50.fenicrmn磁性物质42.68.134.271.0456.04
51.实施例4
52.本实施例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
53.(1)向1l容器内加入500ml去离子水，使用高速分散机配备锯齿分散盘(锯齿分散盘的直径为6cm，分散容器为2000ml烧杯)以300rpm/min转速搅拌，缓慢加入5g石墨烯粉体，分散60min，得到石墨烯分散液；
54.(2)在持续搅拌分散的动态石墨烯分散液中，用移液器取30ml石墨烯分散液于100ml聚四氟乙烯球磨罐中，并配有一套氧化锆珠(直径2mm、3mm、5mm、8mm的各40g)，在球磨机中以转速600rpm/min球磨480min，每30分钟转换一次球磨方向，得到石墨烯浆料；
55.(3)将所获石墨烯浆料分散液用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
56.(4)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表4所示。
57.表4.实施例4的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
58.fenicrmn磁性物质42.17.864.210.9755.14
59.对比例1
60.本对比例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
61.(1)向1l容器内加入500ml去离子水，使用高速分散机配备锯齿分散盘以300rpm/min转速搅拌，缓慢加入5g石墨烯粉体，分散60min，得到石墨烯分散液；
62.(2)在持续搅拌分散的动态石墨烯分散液中，用移液器取30ml石墨烯分散液，用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
63.(3)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表5所示。
64.表5.对比例1的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
65.fenicrmn磁性物质86.016.739.883.15115.76
66.对比例2
67.本对比例的石墨烯粉体中磁性物质的测定方法，包括以下步骤：
68.(1)向100ml容器内加入30ml去离子水，再缓慢加入0.3g石墨烯粉体。再用去离子水稀释至500ml，得到石墨烯浆料分散液，再进行磁性物质吸附；
69.(2)对吸附获得的磁性物质采用《gb/t 24533-2009锂离子电池石墨类负极材料》进行含量测试：先使用王水溶解磁性物质得到溶解液，将溶解液转移至容量瓶中定容后，用icp分别检测溶解液中铁、镍、铬、锰元素的含量并最终将四种元素含量结果相加得到石墨烯粉体中的磁性物质含量，结果以ppm计且结果如表6所示。
70.表6.对比例2的石墨烯粉体中磁性物质含量(ppm)
71.fenicrmn磁性物质13322.414.04.17173.57
72.根据上述实施例和对比例的对比可知，未经高速分散和球磨的石墨烯分散液磁性物质含量最高，只经过高速分散而未球磨的石墨烯分散液磁性物质含量有所降低，说明高速分散的剪切力能在一定程度上将堆叠的石墨烯片打开，使得部分非磁性的金属杂质脱落。通过高速分散和球磨实验结果分析，随着球磨时间的延长，球磨时间达到300min及以上时，磁性物质含量基本无明显变化，包覆在石墨烯中的磁性物质和非磁性的金属杂质能分别达到最大释放，实现磁棒对磁性异物的单独吸附。
73.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。