照亮石墨純度

重點: 
•  石墨 
•  鋰離子電池 
•  HR2高解析度光譜儀
 

技術: 
•  反射率
 

應用: 
•  品質控制 
•  大批量生產監控
 

在這篇應用筆記中，我們使用小型、高解析度光譜儀來揭開石墨樣品在粉末狀態時的反射特性。儘管是黑色的樣子，石墨樣品揭露重要的光譜差別，尤其是在紫外區域。

當聯網設備比人口還多(1)，以及考慮在2022年電動車佔了10%全球市場(2)，鋰離子電池的使用比以前更加重要，需要更加聰明的方案來提升製造效率以及環境影響。

在鋰離子電池的負極材料中最重要的成分之一是石墨，與用在鉛筆的材料相似。然而，在優化電池性能時，雜質以及碳缺陷可能成為主要難題，製造商需要快速以及可重複的方式來分類買入的石墨以及監控提煉後的石墨品質(3)。

 

用在石墨分析的光譜學

光譜學提供一種快速石墨品質檢測的方式，儘管一開始這可能看起來很困難的地方在於材料外表是漆黑的以及難以透過目視辨認。但這僅僅是我們人眼的極限，透過在紫外區域的光譜我們可以獲得清晰的在純石墨以及參雜矽的樣品和一般「髒」雜質之間的差別。

我們使用純石墨片 (0.5 μm, 99%碳)以及混合少量常見的矽以及髒汙的樣品，然後使用反射探頭來測試樣品以及檢查光譜差異(圖一)。

圖一: 使用6繞1光纖反射式探頭量測石墨樣品，這探頭對固體的鏡反射或漫反射量測是個理想選擇。

 

使用的設置包含了Ocean HR2紫外-可見光光譜儀、DH-2000-BAL氘鹵寬帶燈源以及反射探頭，我們先將純石墨樣品當作100%反射基準，然後將其他樣品的反射率與基準做比較(圖二)。

儘管使用黑色樣品當作我們反射率標準是反直覺的，但純石墨實際上提供了比髒/矽樣品還要強的紫外反射率。這強調了能夠「看到」不可見波長的光譜響應的價值，否則這些價值會持續潛藏著。我們可以使用這個光譜平台來確保樣品能盡可能靠近100%反射率的純石墨。

 

總結

偵測在紫外區域的光譜差異以及區分極純石墨到雜質的能力，以及在一秒內採集這些讀值，這表明出Ocean HR2這款高解析度、高速光譜儀是個有價值的工具來集成在目標市場是鋰離子電池和其他電子設備的大規模石墨材料製程中。舉例來說，監控大量樣品的能力對像是電池製造商EcoGraf在西澳大利亞州能年產20000噸石墨的新工廠(以及計劃在歐洲建立的類似設施)是重要的(4)。

你是否在個人電子設備或電動車領域工作呢?你是否有著快速監測原始或後處理材料裡潛在雜質的需求?如果有，馬上聯繫我們並告知你的工作以及了解小型光譜儀解決方案與多年的專業知識結合能如何幫助你將品管技術提升到21世紀。

圖二: 儘管我們測試的樣品看起來近乎相同，這個光譜截圖提供了與純石墨基準相比有著明顯的光譜反射率差異。

 

參考資料: 

1. Jay, Allan. Number of IoT Connected Devices Worldwide2022/2023. Finances Online. [Online] 2021. https://financesonline.com/
2. Zinkula, Jacob. Electric Vehicles Accounted for 10% of GlobalAuto Sales in 2022. Business Insider. [Online] January 16, 2023.https://www.businessinsider.com/
3. Liu, Bei, et al. Utilization of impurities and carbon defectsin natural microcrystalline graphite to prepare silicon-graphitecomposite anode for high-performance lithium-ion batteries.Journal of Materials Science, 2021, Vol. 56.
4. Bailey, Mary Page. Recovering battery-grade graphite, withoutusing HF. Chemical Engineering Online. [Online] May 2021. https://chemengonline.com/recovering-battery-grade-graphite-without-using-hf/.
 

 

文章來源: https://www.oceanoptics.com/wp-content/uploads/2024/05/shining-light-on-graphite-purity-1.pdf