在硅基材料的研发中，硅碳复合技术一直是研究的热点，这是由于碳材料本身具有延展性和高导电性，可以缓解硅基础材料充放电过程中的体积变化，提高材料的导电性。硅碳复负极材料中碳含量的高低决定电极结构的稳定性，影响电池复合负极材料的容量和导电性能，碳含量的准确测定对于表征负极材料的电化学性能、快速评价材料性能、评价锂离子电池复合负极材料产品性能指标与电化学性能的对应关系具有重要的意义。

  高频红外碳硫分析仪能快速、准确地测定稀土金属中碳、硫两元素，具有同时测定、测量范围宽、分析结果准确可靠等特点，能够满足硅碳复合负极材料中碳含量的测定。然而国内外对硅碳复合负极材料的研究主要集中在改进其制备方法、提高其可逆循环保持率和循环稳定性上，测试评价方法鲜有研究。而现有的锂电池负极材料的标准为GB／T 24533–2009《锂离子电池石墨类负极材料》，该标准主要针对石墨类负极材料，其中固定碳含量测定方法参照 GB／T 3521《石墨化学分析方法》。相比于石墨类负极材料，硅碳复合负极材料存在较大的差异，因此非常有必要制定硅碳复合负极材料专有的测试评价方法和标准，而目前硅碳复合负极材料中碳的检测尚未有国家标准出台，不利于硅碳复合负极材料行业的发展，因此急需建立碳的准确检测和评价方法。笔者建立高频感应燃烧红外吸收法测定硅碳复合负极材料中碳含量，该法弥补了测定硅碳复合负极材料碳检测方法的空白，为评价硅碳复合负极材料的理化性能提供理论基础，从而提升锂电池行业的整体技术水平和竞争力。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

  高频红外碳硫分析仪：CS–844 型，美国力可公司；电子天平：BS[**]124S 型，感量为 0.1 mg，德国赛多利斯集团；

  钨粒、锡粒：碳含量均小于 0.000 8%，硫含量均小于 0.000 5%，河北故城新星金属助熔剂材料有限公司；

  铁粒：碳含量小于 0.001%，硫含量小于 0.001%，河北故城新星金属助熔剂材料有限公司；

  碳硫专用陶瓷坩埚：25 mm×25 mm，使用前于马弗炉内 1 200℃灼烧 8~12 h，冷却至室温，置于干燥器中，备用，醴陵市茶山万财坩埚瓷业有限公司；

  碳标准物质：（1）碳含量标称值为 2.32%，编号为 501–105，（2）碳含量标称值为 4.23%，编号为 501–083，（3）碳含量的标示值为 6.25%，编号为 501–123，美国力可公司。

1.2 实验方法

  开机预热 1 h 后，称取锡粒 0.3 g 于已去皮的坩埚内，对盛有锡粒的坩埚去皮，加入 100 mg 碳标准物质，再加入 1.5 g 钨粒和 0.8 g 铁粒，覆盖于标准物质表面，进行工作曲线校正，校正完成后以相同的步骤进行样品测试。

2 结果与讨论

2.1 称样量

  由于硅碳复合负极材料中碳含量较高，为得到较为准确的测定结果，理论上取样量要稍小一些；但取样量过小可能导致较大的称量误差，称样量过大则会使样品分解不充分，碳无法充分释放，从而影响测定结果。取样量分别为 50，100，200，300，400 mg 时碳的测定结果见表 1。

 由表 1 可知，取样量为 100～200 mg 时，重复性较好；取样量大于 200 mg 时重复性差，主要是样品燃烧不充分所导致，而且样品量越大所需的助熔剂用量也越大，而助熔剂可能带来附加的误差，因此选择称样量为 100～200 mg。

2.2 助熔剂

  高频感应加热是导体在高频磁场作用下产生感应电流 ( 涡流损耗 )，利用导体内的磁场作用 ( 磁滞损耗 ) 引起导体自身发热而进行燃烧加热。为保证样品中碳释放完全，助熔剂的选择至关重要。常用的碳硫分析助熔剂主要是颗粒状的纯钨、纯铁或纯锡等。纯钨粒可在较低温度下迅速被氧化，释放大量的热，将试料引燃。纯钨粒的氧化产物三氧化钨较易升华逸出，可增加碳硫的扩散速度，使其充分被氧化，同时覆盖在管道中的三氧化二铁和灰尘上的三氧化钨，可以阻止管道对二氧化硫的吸附。由于三氧化钨结构疏松，不会在试料表面形成严密的覆盖层，有利于二氧化碳和二氧化硫的释放。纯铁被纯钨粒高频发热引燃后，自身燃烧发热，为磁性较差的非金属试料提供热量。纯锡粒具有降低熔点、防止喷溅、加速燃烧和搅拌作用。鉴于硅碳复合负极材料为粉状、含碳量较高的特点，采用钨粒 + 铁粒 + 锡粒为助熔剂。

  取样量为 0.1 g，改变钨、铁和锡助熔剂的用量，考察不同助溶剂用量对测定结果的影响，见表 2。由表 2 可知，当采用 1.5 g 钨粒、0.8 g 铁粒和 0.3 g锡粒时，测定值趋于稳定，测定结果的相对标准偏差为 0.12% ；低于该用量时，由于样品燃烧不充分，可能会导致测定结果的相对偏差变大；而高于该用量时，重复性变化不明显。过大的助熔剂用量易造成试剂浪费，并可能引入新的误差，所以选择钨粒、铁粒和锡粒助熔剂的最佳用量分别为 1.5，0.8，0.3 g。

2.3 线性方程及检出限

  采用 3 个标准样品建立校准工作曲线，每个标准样品至少测定 3 次，以已认证的碳质量为横坐标（X），吸收峰面积为纵坐标（Y）建立标准工作曲线，线性方程为 Y=1.232X+0.000 21，相关系数为0.999 9。对镍篮空白样品连续测定 11 次，以 3 倍标准偏差计算方法检出限为 0.84 μg／g，以 10 倍标准偏差计算测定下限为 2.8 μg／g。

2.4 精密度试验

  在 1.2 实验方法下对两种碳含量的硅碳复合负极材料样品平行测定 11 次，结果见表 3。由表 3 可知，测定结果的相对标准偏差为 1.83%~2.02%，表明该方法具有较高的精密度。

2.5 加标回收试验

在样品中加入已知碳含量的标准样品，按 1.2实验方法测定，结果见表 4。由表 4 可知，样品加标回收率为 97.6%～101.1%，表明该法的准确度较高。

3 结语

  建立了高频感应燃烧红外吸收法测定硅碳复合负极材料中碳含量。该方法测定结果快速、准确，适用于硅碳复合负极材料中碳含量的测定。