石墨化度测试方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种石墨化度测试方法。

背景技术

石墨化度指的是碳原子形成密排六方石墨晶体结构的程度，其晶格尺寸越接近理想石墨的点阵参数，则石墨化度就越高。石墨化度是电池负极材料石墨的重要性能参数，它于电池的容量密切相关，在石墨材料的性能评估中，石墨化度是最常见的测试项目。目前石墨化度的计算方法皆来源于富兰克林对人造石墨材料推导出的一个公式：

G＝((0.3440-c/2)/0.0086)*100％

式中，G为石墨化度，c为六方晶系石墨c轴的点阵参数，nm。

目前石墨化度的表征方法有多种方法，主要使用X射线衍射仪(XRD)或者拉曼光谱仪等。最常用的方法利用XRD来测定，根据GB/T24533-2019和QJ2507-93中的相关规定，需测定C(002)、C(004)的晶面间距d002和d004的数值带入公式后及时得到。

在此方法测试石墨化的过程中由于存在测角仪校正不准引起的系统误差，以及试样表面偏离测角仪轴引起的随机误差，通常需要在式样中掺入少量高纯Si粉做为内标用来校正石墨C(002)的峰位。通过测量Si的标准峰位来校正C(002)、C(004)的峰位，以此通过公式来计算石墨化度，此方法是目前石墨化度的通用测试方法。

目前已有的石墨化度表征方法要求样品必须是粉末，对于负极片无法直接表征，对于负极片石墨化度测试需要将极片上的石墨粉末刮下，经过研磨和筛选后方可测试。

另外，由于分析数据过程需要精准得到石墨材料以及硅内标的衍射峰位，通常有峰顶点法，重心法，峰拟合法等等，不同分析过程会使最终数据产生相对较大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种石墨化度测试方法，以提高石墨化度的精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨化度测试方法，包括以下步骤：

S1、获取石墨材料的XRD衍射数据；

S2、在晶体结构数据库中获取标准石墨的晶体结构文件；

S3、在数据精修软件中导入所述XRD衍射数据，以及所述晶体结构文件，并对所述晶型结构数据进行精修，得到晶胞参数的数值

S4、将所述晶胞参数代入石墨化度计算公式，得到所述石墨材料的石墨化度。

进一步的，步骤S1中，衍射数据的测试要求为：2θ＝10°～120°，步长：0.01°，最强峰累计计数10000～20000。

进一步的，步骤S3中的数据精修软件采用GSAS或GSASⅡ。

进一步的，步骤S3中还在所述数据精修软件中导入仪器参数文件。

进一步的，步骤S3中数据精修的参数包括：背底参数、晶胞参数、试样偏离、峰形参数U、V、W和不对称峰形参数SH/L，晶粒尺寸及微观应变、原子坐标及温度因子及择优取向。

进一步的，步骤S3中数据精修参数的顺序依次为：背底参数、晶胞参数、试样偏离、峰形参数U、V、W和不对称峰形参数SH/L，晶粒尺寸及微观应变、原子坐标及温度因子及择优取向。

进一步的，所述数据精修软件中具有评估所述晶体结构数据与所述XRD衍射数据接近度的R因子以及拟合优度因子，所述R因子及拟合优度因子小于预设值时，数据精修结束。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的石墨化度测试方法，通过数据精修软件中导入XRD衍射数据，以及晶体结构文件，并对晶型结构数据进行精修得到晶胞参数的数值，即可带入石墨化度计算公式而得到石墨的石墨化度，无需在石墨中添加硅内标，可直接用于石墨负极片的石墨化度测量，并且在数据精修拟合中使用了多个谱峰同时计算，相比于传统分析方法中的单峰计算，利于提高石墨化度的精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的石墨化度测试方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种石墨化度测试方法，如图1中所示，该石墨化度测试方法包括以下步骤：

S1、获取石墨材料的XRD衍射数据；

S2、在晶体结构数据库中获取标准石墨的晶体结构文件；

S3、在数据精修软件中导入XRD衍射数据，以及晶体结构文件，并对晶型结构数据进行精修，得到晶胞参数的数值；

S4、将晶胞参数代入石墨化度计算公式，得到石墨材料的石墨化度。

基于如上整体介绍，本实施例中石墨化度测试方法的步骤S1中，衍射数据的测试要求为：2θ＝10°～120°，步长：0.01°，最强峰累计计数10000～20000。例如，测试要求为：2θ可为20°、40°、60°、80°、100°或120°，步长为0.01°，而最强峰累计计数10000、15000或者20000。在该测试要求下所测得的参数精度高。本实施例中的石墨材料可以是石墨粉末或者石墨负极极片。

本实施例中的标准石墨的晶体结构文件可由数据库中直接下载得到，文件的格式为CIF，在该文件中包含了晶体结构的相关参数。而石墨材料的实际测试参数也通过数据静修

本实施例中的数据精修软件应用Rietveld结构精修法，具体可采用GSAS或GSASⅡ，其产品成熟，对于数据的精修效果好。在XRD衍射数据和晶体结构文件在导入导数据精修软件中后，能够得到实际测量石墨的谱图，以及晶体结构的谱图，显然两个谱图之间存在着一定的差异，本实施例中，通过在数据精修软件中不断的修正晶体结构的谱图，使得其与实际测试石墨的谱图具有较好的一致性，此时，修正后的镜头结构中的晶胞参数即代表实际测试中石墨中的晶胞参数。

为提高测试的精度，排除因石墨测试过程中测试仪器参数的影响，本实施例中步骤S3中还在数据精修软件中导入仪器参数文件。

本实施例中，步骤S3中数据精修的参数包括：背底参数、晶胞参数、试样偏离、峰形参数U、V、W和不对称峰形参数SH/L，晶粒尺寸及微观应变、原子坐标及温度因子及择优取向。具体来讲，在对数据精修参数进行优化时，参数的调整顺序依次为背底参数、晶胞参数、试样偏离、峰形参数U、V、W和不对称峰形参数SH/L，晶粒尺寸及微观应变、原子坐标及温度因子及择优取向。本实施例中数据精修参数均在数据精修软件中存在，而上述数据精修参数的顺序的确定，则利于提高参数精修的效率。

此外，本实施例中的数据精修软件中具有评估晶体结构数据与XRD衍射数据接近度的R因子以及拟合优度因子，R因子及拟合优度因子小于预设值时，数据精修结束。而当R因子及拟合优度因子大于预设值时，则说明还需要对参数进一步进行精修。在数据精修软件中采用最小二乘法对R因子进行精修。具体实施时，例如，R因子的预设值为10％，拟合优度因子的预设值为3。当然具体实施时，R因子以及拟合优度因子的预设值还可根据使用需求进行设置。

最后，将晶体参数带人石墨材料的石墨化度公式，并得到石墨的石墨化度。

G＝((0.3440-c/2)/0.0086)*100％，式中，G为石墨化度，c为六方晶系石墨，c轴的点阵参数，nm。

在分析过程中修正试样偏离参数以及峰形参数，同时利用多个衍射峰信息得到石墨的精准晶胞参数。

本实施例所述的石墨化度测试方法，通过数据精修软件中导入XRD衍射数据，以及晶体结构文件，并对晶型结构数据进行精修得到晶胞参数的数值，即可带入石墨化度计算公式而得到石墨的石墨化度，无需在石墨中添加硅内标，从而利于提高石墨化度的精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。