GB/T 41232.8-2024 / IEC TS 62607-4-8:2020 納(nà)米製(zhì)造 關(guān)鍵控製(zhì)特性 納(nà)米儲能 第(dì)8部分(fēn)：納米(mǐ)電極(jí)材料中水(shuǐ)分含(hán)量的(dí)測定 卡爾·費(fèi)休庫侖滴(dī)定法(fǎ)

範(fàn)圍
本文件描述了(liǎo)一種(zhǒng)采(cǎi)用(yòng)卡(qiǎ)爾·費休庫(kù)侖(lún)滴定(dìng)法測定納(nà)米(mǐ)儲能器(qì)件中納米(mǐ)電(diàn)極材(cái)料水分含(hán)量的(dí)方(fāng)法。
本(běn)文件包(bāo)含樣品準(zhǔn)備(bèi)，測定納(nà)米(mǐ)電極材(cái)料特性的試驗過程，數據(jù)分析(xī)方法。
注：此方(fāng)法的(dí)精(jīng)度高(gāo)至0.0001%。適用的(dí)最佳測量範即(jí)是0.01%~1%。
本(běn)文(wén)件不(bù)適(shì)用(yòng)於(yú)能與卡爾(ěr)·費休試劑的主(zhǔ)要(yào)成分(fēn)發(fā)生反應產生(shēng)水(shuǐ)的樣(yàng)品或能(néng)與碘單(dān)質或(huò)碘離(lí)子發(fā)生反應的(dí)樣品。

術語(yǔ)和定義
下列術語和定(dìng)義適用於本(běn)文(wén)件。
納(nà)米尺度(dù)  nanoscale
處於1nm至100nm之間(jiān)的尺(chǐ)寸範圍。
注：本尺寸(cùn)範即(jí)通常，但非專有地表(biǎo)現出不(bù)能由(yóu)較大(dà)尺(chǐ)寸外(wài)推得(dé)到的(dí)特性(xìng)。
[來(lái)源：GB/T 30544.1-2014, 2.1，有(yǒu)修改]
納(nà)米材料(liào)  nanomaterial
任(rèn)一(yī)外(wài)部維度，內部或表(biǎo)麵(miàn)結構處於納米尺度的(dí)材料(liào)。
注(zhù)：包括(kuò)納(nà)米(mǐ)物體(tǐ)和(hé)納(nà)米結構材料。
[來源：GB/T 30544.1-2014, 2.4，有修改(gǎi)]
納米電(diàn)極(jí)材料(liào)  electrode nanomaterial
包含一部分(fēn)具有(yǒu)納(nà)米功能(néng)或(huò)性能的用(yòng)千(qiān)納(nà)米儲(chǔ)能(néng)器件的材料，如(rú)鋰(lǐ)離子電(diàn)池(chí)或(huò)超級電(diàn)容(róng)器中的材(cái)料。
注(zhù)：在本文件中，指不含(hán)任(rèn)何(hé)添加劑(如炭黑，碳納(nà)米管或碳(tàn)纖維(wéi)等碳(tàn)納米材(cái)料)或(huò)有機黏(nián)合(hé)劑[如聚(jù)偏氟(fú)乙(yǐ)烯(xī)(PVDF)或丁(dīng)苯(běn)橡(xiàng)膠(SBR)]的(dí)原(yuán)材料(liào)粉(fěn)末[如鈷(gǔ)酸鋰(LCO)，鎳(niè)鈷(gǔ)鋁(lǚ)酸鋰(lǐ)(NCA)，鎳鈷(gǔ)錳(měng)酸(suān)鋰(NCM)和(hé)磷酸鐵(tiě)鋰(LFP)]。
[來源：GB/T 41232.3-2023, 3.1.1]
水(shuǐ)分(fēn)含(hán)量  water content
根據本文件規定(dìng)方(fāng)法(fǎ)測定的水的(dí)質(zhì)量分(fēn)數。
[來源：ISO 8534:2017, 3.1，有修改(gǎi)]
露(lòu)點 dew-point
濕(shī)氣(qì)的(dí)蒸汽壓(yā)等(děng)於純液(yè)體上空的(dí)飽和蒸汽壓，氣體(tǐ)冷(lěng)凝(níng)形成(chéng)液(yè)體時(shí)的(dí)溫度(dù)。
[來源(yuán)：ISO 7183:2007, 3.7]

原理(lǐ)
卡爾(ěr)·費(fèi)休法(fǎ)中，水(shuǐ)(H₂O)與碘(diǎn)(I₂)和(hé)二(èr)氧化硫(liú)(SO₂)在甲(jiǎ)醇(CH₃OH)等低級醇(chún)和(hé)有機鹼(jiǎn)(RN)的(dí)存(cún)在下(xià)發生定(dìng)量(liáng)反應(yīng)生成(chéng)碘(diǎn)離(lí)子(I^-)，反應方(fāng)程式(shì)如下(xià)：

式(shì)中：
RN——有(yǒu)機(jī)鹼。
卡爾(ěr)·費休庫侖滴定法中(zhōng)，碘(I₂)由碘離(lí)子(I^-)通過電(diàn)化(huà)學反(fǎn)應生成，生成(chéng)的碘(diǎn)(I₂)與樣品中的水接觸後，發生(shēng)式(1)和(hé)式(2)的(dí)反應(yīng)。當(dāng)所有的水(shuǐ)消耗(hào)後，反應結束(shù)。樣(yàng)品(pǐn)中的水分含量(liáng)通過測(cè)量以下反應(yīng)中碘(diǎn)離(lí)子(I^-)電(diàn)化學(xué)反(fǎn)應(yīng)生(shēng)成碘(diǎn)(I₂)所(suǒ)需的(dí)電量(liáng)計算(suàn)得到：

根據(jù)法拉第電解定律(lǜ)，即(jí)式(4)，生(shēng)成(chéng)碘(diǎn)的物質(zhì)的(dí)量與消耗的電量(liáng)成正(zhèng)比(bǐ)。如(rú)反應(yīng)方程式(1)所示(shì)，碘和水按(àn)化(huà)學(xué)計量比1：1反(fǎn)應(yīng)。因此(cǐ)，1mol H₂O(18g)相當(dāng)於(yú)2×96500C電(diàn)量(liáng)，或(huò)1g H₂O相當(dāng)於10722C電量(liáng)。基於此原(yuán)理(lǐ)，可根(gēn)據式(shì)(5)由消(xiāo)耗(hào)的電(diàn)量(liáng)確定水的質(zhì)量：

式中(zhōng)：
m——水(shuǐ)的質(zhì)量(liáng)，單(dān)位(wèi)為(wéi)克(kè)(g)；
K——比(bǐ)例常數(電(diàn)化學(xué)當(dāng)量)；
Q——電(diàn)量(liáng)，單(dān)位為庫侖(C)。

試(shì)劑
使用(yòng)分(fēn)析(xī)純的試劑，以及蒸餾(liù)水，軟(ruǎn)化水或同等(děng)純度的水。
庫侖法卡爾(ěr)·費休試(shì)劑
按(àn)照 ISO 760 配製的，或市(shì)售(shòu)的(dí)卡爾·費休試(shì)劑。
無(wú)水甲醇(chún)
無水(shuǐ)甲醇純(chún)度(dù)≥99.9%(質(zhì)量(liáng)分數)，水分(fēn)含(hán)量≤0.1%(優選(xuǎn)≤0.05 %)。
載(zǎi)氣
滿足儀器要求(qiú)的幹燥載氣(qì)(例如(rú)氮(dàn)氣(qì))，所有測試(shì)中(zhōng)使用的(dí)載氣體積純(chún)度≥99.999%。
卡爾·費休(xiū)庫侖滴(dī)定(dìng)標(biāo)準樣(yàng)品
水(shuǐ)分含量(liáng)為(wéi)0.1％的(dí)水含量(liáng)標準(zhǔn)樣品。

儀器
卡爾(ěr)·費休庫侖(lún)滴定(dìng)儀
卡爾(ěr)·費休(xiū)庫侖(lún)滴定儀(yí)包含滴(dī)定池，鉑電極(jí)，磁力攪(jiǎo)拌裝置和控(kòng)製(zhì)單元。卡(qiǎ)爾(ěr)·費休(xiū)庫侖(lún)滴(dī)定儀(yí)的(dí)示(shì)意(yì)圖如(rú)圖1所示。
蒸發器(qì)
蒸發(fā)器(qì)包含一個能(néng)把(bǎ)測試部位(wèi)加(jiā)熱至(zhì)300°C的加熱爐，溫(wēn)度控製單元(yuán)，載(zǎi)氣(qì)流(liú)量(liáng)計(jì)和裝有(yǒu)幹燥劑(jì)的(dí)載(zǎi)氣(qì)幹燥管(guǎn)(吸水管)。蒸發(fā)器(qì)的示(shì)意(yì)圖(tú)如圖(tú)1所(suǒ)示。

分析天(tiān)平
精度(dù)為0.0001g，其量(liáng)程應覆蓋裝有(yǒu)樣品(pǐn)的樣品容(róng)器(qì)的質(zhì)量(liáng)。分(fēn)析(xī)天平使用前(qián)應(yīng)校(xiào)準。
樣品(pǐn)容器
使用(yòng)密(mì)封玻(bō)璃瓶(píng)作為樣(yàng)品容器(qì)。在裝入樣品之前(qián)，將(jiāng)密封玻璃瓶(píng)清潔並存放在(zài)40°C±5°C的真(zhēn)空幹(gān)燥箱中(zhōng)。
微量注射(shè)器
使(shǐ)用(yòng)5mL或(huò)10mL的玻璃(lí)微(wēi)量(liáng)注(zhù)射器，注(zhù)射(shè)卡(qiǎ)爾(ěr)·費(fèi)休試劑(jì)和(hé)水含(hán)量(liáng)標(biāo)準樣品。清潔玻(bō)璃(lí)微量(liáng)注射器，並將其存(cún)放在(zài)溫(wēn)度為(wéi)40°C±5°C的(dí)真空(kōng)幹(gān)燥(zào)箱中。
露點(diǎn)儀
露(lòu)點(diǎn)儀應能覆(fù)蓋預期(qī)的露(lòu)點(diǎn)範圍。

樣品處(chǔ)理和取樣
樣(yàng)品處理(lǐ)
樣品的處(chǔ)理過程中，應遵循以下要(yào)求(qiú)：
a) 為保護(hù)樣(yàng)品免(miǎn)受環(huán)境濕度(dù)的影響，在(zài)運輸(shū)或(huò)儲(chǔ)存期間(jiān)，避(bì)免原始密封包裝(zhuāng)損壞或更換；
b) 樣(yàng)品取樣和測試過程(chéng)中，控(kòng)製試(shì)驗環境的露點在-20°C以下(xià)。
取樣(yàng)
樣品(pǐn)取樣時(shí)，應(yīng)遵(zūn)循以下要求(qiú)。
a) 將(jiāng)代表(biǎo)性(xìng)的(dí)樣(yàng)品送(sòng)到實驗室檢(jiǎn)測(cè)。在運輸或(huò)儲存期間，避(bì)免原始密封包裝(zhuāng)損(sǔn)壞或更換(huàn)。樣品取樣(yàng)質量0.01g~1g，並根據樣品水分含量(liáng)選(xuǎn)擇取(qǔ)樣(yàng)質量，見表(biǎo)1。稱重後(hòu)立即(jí)將測(cè)試(shì)樣(yàng)品(pǐn)裝(zhuāng)入於燥，潔(jié)淨的樣(yàng)品(pǐn)容(róng)器中，記錄(lù)樣品的質量M_i。裝入(rù)樣品(pǐn)後(hòu)，避(bì)免打開密(mì)封樣品容器。

b) 取3個幹(gān)淨(jìng)的空樣(yàng)品容器作為(wéi)空白(bái)樣品(pǐn)，放(fàng)在實驗(yàn)室(shì)待(dài)測。空白樣品的取樣(yàng)環境與測試樣(yàng)品(pǐn)相(xiāng)同(tóng)。

操作步(bù)驟
測(cè)試(shì)準(zhǔn)備
更換試劑
若存(cún)在以下(xià)情(qíng)況，應更換電解液(yè)。
a) 電解液(yè)不(bù)能(néng)滿足(zú)測(cè)試需要時(shí)。
b) 漂(piāo)移值(zhí)過高(gāo)：
——若不(bù)使用加(jiā)熱爐時(shí)漂移超(chāo)過(guò)4μg/min，或使用加熱爐(lú)時漂(piāo)移(yí)超過10μg/min，晃動滴定池(chí)，若漂(piāo)移值仍不下降， 則表(biǎo)明漂移值(zhí)過(guò)高；
——為了得到(dào)準確的結(jié)果(guǒ)，在開始(shǐ)滴定之(zhī)前，漂移(yí)值(zhí)盡可能低(dī)且(qiě)穩定。
c) 在分析之前(qián)和(hé)分(fēn)析過(guò)程中(zhōng)出(chū)現(xiàn)錯誤(wù)信(xìn)息。
清潔
根據儀器說明(míng)清潔電(diàn)極(jí)和(hé)滴(dī)定池(chí)，清潔(jié)後將所(suǒ)有零(líng)部(bù)件(jiàn)幹燥(zào)。可使(shǐ)用(yòng)熱吹(chuī)風機(jī)吹(chuī)幹零部件(jiàn)。若(ruò)使(shǐ)用(yòng)烘(hōng)箱幹(gān)燥零部(bù)件(jiàn)，應確(què)保溫度不(bù)超過(guò)70°C。
校準(zhǔn)
按(àn)照(zhào) ISO 12492 中指定的方(fāng)法定(dìng)期(qī)校(xiào)準(zhǔn)卡(qiǎ)爾·費(fèi)休庫(kù)侖滴(dī)定儀(yí)。
測(cè)試(shì)步(bù)驟
按照(zhào)以(yǐ)下(xià)步驟測試(shì)樣品(pǐn)的(dí)水分含量。
a) 按(àn)照儀器(qì)說(shuō)明打開儀器(qì)的(dí)電源，啟(qǐ)動磁(cí)力攪(jiǎo)拌(bàn)器進行平穩攪拌。對滴(dī)定池(chí)中(zhōng)的(dí)殘餘(yú)水分(fēn)進行滴定(dìng)， 直至(zhì)終(zhōng)點。平(píng)衡儀(yí)器至少30min，在(zài)平衡(héng)期(qī)間，使(shǐ)用(yòng)幹燥(zào)的載(zǎi)氣吹掃(sǎo)儀器(qì)的蒸(zhēng)發(fā)器(qì)和反應(yīng)池(chí)。蒸發器(qì)的(dí)溫度保(bǎo)持(chí)在(zài)200°C。
b) 儀器(qì)平衡後(hòu)，根(gēn)據(jù)儀器(qì)說明將空白樣(yàng)品放入加熱(rè)爐中(zhōng)，滴定空(kōng)白(bái)樣品中的水分，直至(zhì)終點。測(cè)試(shì)結束後，讀取(qǔ)並記錄空白(bái)樣(yàng)品(pǐn)中水的(dí)質(zhì)量(liáng)m₀。
注：空白測(cè)試的結果為3個空白樣品(pǐn)的(dí)平均(jūn)值，若(ruò)3個空(kōng)白(bái)樣品(pǐn)測(cè)得(dé)的水的(dí)質量結果相對(duì)標準偏差＞8%，表(biǎo)明取(qǔ)樣環(huán)境不(bù)合(hé)適，會(huì)影響(xiǎng)水(shuǐ)分測試結(jié)果(guǒ)的(dí)準確(què)性，需要(yào)檢查取(qǔ)樣(yàng)環(huán)境(jìng)。
c) 根(gēn)據(jù)儀(yí)器(qì)說明將(jiāng)盛有樣(yàng)品的樣品容(róng)器放(fàng)入加熱爐(lú)中，滴定(dìng)樣品(pǐn)中的水(shuǐ)分，直(zhí)至終點。讀取並記錄(lù)樣(yàng)品(pǐn)中水(shuǐ)的質量(liáng)m_i(i =1, 2, 3, …，n)。
為了獲得更準確的結果(guǒ)，每個樣(yàng)品應(yīng)至(zhì)少進(jìn)行3次重(zhòng)復測(cè)試(shì)。計算並記錄(lù)樣品(pǐn)水(shuǐ)分含量(liáng)_ωH2O，i(i =1, 2, 3, ···，n)。
漂(piāo)移(yí)(背(bèi)景)和(hé)/或(huò)其他因素(sù)的影響可由儀(yí)器自動(dòng)補償(cháng)或手動補償(cháng)。
水(shuǐ)分含(hán)量(liáng)
按(àn)照式(shì)(6)計算(suàn)樣品的水(shuǐ)分(fēn)含量，以(yǐ)質量分數表示(shì)：

式中：
ω_H2O，i——第i 次測試(shì)樣品水分(fēn)含(hán)量計算值；
m_0——空(kōng)白測試結果(guǒ)的(dí)平均(jūn)值，單(dān)位為克(g)；
m_i—— 第i 次(cì)測試樣品(pǐn)中水(shuǐ)的(dí)質量，單位為(wéi)克(g)；
M_i—— 第i 次測(cè)試被(bèi)測(cè)樣品的(dí)質量，單位(wèi)為克(kè)(g)；
i ——重復(fù)測試的序號，i =1, …，n。
計(jì)算每(měi)次重復(fù)測(cè)試的水分(fēn)含(hán)量。樣(yàng)品的(dí)水分(fēn)含量取n次重復(fù)測試(shì)的(dí)平均(jūn)值(zhí)ωH2O，以質量百(bǎi)分數表(biǎo)示，如(rú)式(shì)(7)所(suǒ)示：

式中(zhōng)：
ωH2O——樣品水(shuǐ)分(fēn)含量的(dí)平均(jūn)值；
i ——重復測(cè)試的序(xù)號，i =1, …，n。