【聚焦锂电池】ICP法测试镍钴锰三元正极材料中的无机元素

2022-09-20 18:50:58, 德国耶拿德国耶拿分析仪器有限公司

随着经济的发展，现代社会对能源有着越来越大的需求，全球范围内的能源危机日益加剧。锂离子电池作为一种新型的能源电池，具有比容量高、热稳定性好和成本较低的优点，正在越来越广泛的被使用。

镍钴锰三元正极材料由高含量的主组成分元素（Li、Ni、Co、Mn）和低（微）含量的掺杂元素和有害杂质元素（Na、Mg、Al、Ca、Fe、Cu等）组成，这些元素含量对材料的晶体结构、表面形貌和电池容量都有很大影响。

德国耶拿PlasmaQuant 9100 ICP-OES可同时测试其主成分 Ni、Mn、Co、 Li、Al 和杂质成分 Na、Ca、Mg、Fe、Cu。结果表明，标准曲线拟合好，R=0.9991～ 0.99998，RSD≤1.29%，低浓度范围从 0.025～0.50mg/L，高浓度范围为 50～300mg/L，样品成分含量从 0.00001～53.6%，既有高灵敏度又有宽线性范围，即轴向、轴向扩展、侧向、侧向扩展四种测量方式得到了充分的展示。

PlasmaQuant 9100推荐理由

1、垂直炬管，双向观测，氩气反吹消除尾焰，尾焰消除彻底。轴向、轴向扩展、侧向、侧向扩展4种测量方式，适合各类（有机、高盐）样品分析，满足不同浓度的同时测量。

2、高量子效率和紫外高灵敏度的新一代CCD检测器，同时记录元素线与其直接光谱环境，自动扣除背景。

3、自激式、40.68MHz、0.7～1.7KW 功率可调射频发生器，各路气体均用质量流量控制器（MFC）控制，等离子体强劲稳定。

4、吹扫光室、检测器用氩气又到等离子体使用，既能持续吹扫，提高灵敏度，又不额外消耗氩气，运行成体低。组合式炬管，卡擦式定位，操作方便。仪器无需预热，开机即测。

实验试剂&材料

（1）、硝酸、盐酸为高纯，水为一级，氩气为高纯；

（2）、Ni、Mn、Co、Li、Al、Na、Ca、Mg、Fe、Cu 单一标准储备溶液：1000 mg/L，市售；

（3）、混合标准曲线系列溶液配制。

标准曲线浓度

试样分解

称取试样约 0.05g（精确至 0.00001g）于 50mL 烧杯中，加入1+1盐酸 8.0 mL，置电炉上低温加热溶解，试样基本溶解后再加 5 滴过氧化氢和少量水，加热至溶液不冒小气泡后取下冷却。转移定容于 100mL 容量瓶中。同时做空白实验。

分析结果

标准曲线（Ni、Mn、Co、Li、Al)

使用德国耶拿ICP测量锂电池的优势

标准曲线设计合理，检测较好

仪器的灵敏度高，线性范围宽

没有光谱干扰

结论

事实证明，对于该类样品，火焰原子吸收光谱仅能测 Na、Ca、Mg、Fe、Cu 等杂质成分和 Al、Li 两个主成分，其中 Al、Ca必须用N₂O—C₂H₂（笑气—乙炔）火焰才能测定，其高组分 Ni、Mn 和 Co 则很难准确定量，即检测的误差太大（含量高，相对误差要求很小）。原子吸收光谱 AAS 的吸光度（Abs）定量范围为0.004～0.7，浓度范围只有 2～3 个数量级，常用 1～2 个数量级，线性范围只能在低浓度；电感耦合等离子体原子发射光谱 ICP-OES的浓度范围可跨越5～6个数量级，常用3～4 个数量级，其灵敏度比火焰原子吸收光谱高，线性浓度范围也比火焰原子吸收光谱宽得多，痕量、微量和常量组分都能测定。无疑，对于锂离子电池三元材料的化学成分，用ICP-OES分析更准确、可靠、快速、简便。