鋰電池是一種利用鋰離子在電極之間來回嵌入和脫出的方式存儲和釋放能量的電池。鋰電池的正極片通常是由氧化物材料制成，如三元材料（LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4 等）、鈷酸鋰材料等。正極片的主要作用是接受電池中的電子，同時(shí)嵌入和釋放鋰離子以完成電池的充放電過程。ICP-OES 技術(shù)是一種高靈敏度、高分辨率的光譜分析技術(shù)，可同時(shí)測定多個(gè)元素的含量，因此被廣泛應(yīng)用于鋰電池正極片的分析。

ICP-OES   技術(shù)的優(yōu)勢在于其高靈敏度、高分辨率和多元素分析能力。這種技術(shù)可同時(shí)測定多個(gè)元素，靈敏度高達(dá) ppb（10-9）級別，因此可以非常精確地分析鋰電池正極片中的元素含量。此外，ICP-OES技術(shù)還具有高通量、高自動化、無需消耗樣品等優(yōu)點(diǎn)，可以大幅度提高分析效率和減少分析誤差。為了確保 ICP-OES 技術(shù)在鋰電池正極片分析中的準(zhǔn)確性和可靠性，國際上制定了多項(xiàng)相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。例如，ASTM E1086-14《標(biāo)準(zhǔn)測試方法：ICP-OES 法測定金屬材料中的雜質(zhì)》、ISO   17025《實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證和檢測的一般要求》等，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了樣品準(zhǔn)備、分析過程、儀器性能驗(yàn)證和質(zhì)量控制等方面的具體要求， 保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。此外，中國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 29046-2012《鋰離子電池正極材料檢測方法》也對鋰電池正極片的分析方法進(jìn)行了詳細(xì)說明。ICP-OES 技術(shù)更好地控制電池含量，提高電池的性能和壽命。相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)可以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，進(jìn)一步提高了分析的可靠性。

本文采用硝酸-硫酸-高氯酸混酸消解體系、利用超級微波化學(xué)工作站對電 池正極極片進(jìn)行全消解處理，并搭配 EXPEC 6100D 型 ICP-OES 對電池極片中的 Co、Ni、Mn、Li、Al 進(jìn)行測定。

關(guān)鍵詞：鋰電; 超級微波; ICP-OES; 正極片

實(shí)驗(yàn)部分

儀器

表 1 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀及超級微波配置表

表 2 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀檢測參數(shù)

試劑及標(biāo)準(zhǔn)品

        試劑：硝酸（優(yōu)級純）；硫酸（優(yōu)級純）；高氯酸（優(yōu)級純）

        純水：18.2 MΩ 去離子水；

        標(biāo)準(zhǔn)溶液：Li、Co、Mn、Ni 和 Al 單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000 μg/mL，國家有色金屬研究院。

樣品前處理

        正極極片：準(zhǔn)確稱取正極極片樣品 0.1g（精確至 0.0001g），依次加入 3  mL鹽酸、1 mL 硝酸、1 mL 高氯酸和 3 mL 硫酸，超級微波消解（消解程序見表 3），消解結(jié)束后用超純水定容到 50 mL，并稀釋適當(dāng)倍數(shù)上機(jī)測試。

表 3 消解設(shè)定加熱程序

注：黃色實(shí)線表示設(shè)定溫度，紅色曲線表示實(shí)際溫度，綠色實(shí)線表示實(shí)際壓力圖 1 超級微波升溫曲線

標(biāo)準(zhǔn)曲線

        分別精密量取 Li、Co、Mn、Ni 和 Al 的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的混標(biāo)，稀釋得到的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度梯度見下表。

表 4 標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度梯度（單位：mg/L）

標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

        各元素分析譜線見下表 5，在表 4 濃度范圍內(nèi)，所有待測元素線性相關(guān)系數(shù)值均大于 0.9999。以空白試樣連續(xù)分析 11 次所得測定值的 3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的樣品濃度作為儀器檢出限，各元素檢出限見表 5。

表 5 測定元素分析譜線、線性相關(guān)系數(shù)及檢出限

精密度測試

        對 7 個(gè)平行樣分別測試，未檢出樣品則采用加標(biāo)樣測試其結(jié)果精密度 RSD在 0.33% ~0.91%之間，證明平行樣之間平行性較好，可以用于實(shí)際樣品分析。

表 6 樣品精密度測試結(jié)果(單位：%)

加標(biāo)回收率測試

        針對樣品的實(shí)際上機(jī)濃度對樣品中各元素進(jìn)行加標(biāo)測試，每個(gè)元素按照其元素含量選擇合適的濃度進(jìn)行加標(biāo)，測試結(jié)果如下表 7 所示，樣品中各元素加標(biāo)回收率在 97.5% ~ 101.3%之間，表明實(shí)際樣品加標(biāo)測試具有較好的加標(biāo)回收率，該方法可以準(zhǔn)確對實(shí)際樣品進(jìn)行測定。

表 7 正極片樣品加標(biāo)回收率測試結(jié)果（單位：%）

結(jié)論

        本實(shí)驗(yàn)采用超級微波消解并結(jié)合 EXPEC 6100D 型 ICP-OES 對正極片中 Ni、Co 等含量進(jìn)行測試，所建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)均大于 0.9995，精密度測試 RSD%在 0.33% ~ 0.91%范圍內(nèi)，加標(biāo)回收率在 97.75~ 101.3%之間；以上一 系列方法學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明本文所開發(fā)的方法有效可行，該方法可以應(yīng)用于正極 片 Ni、Co 等元素含量測試，并具有較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

附錄

EXPEC 6100D 型 ICP-OES 配置清單

EXPEC 790S型超級微波化學(xué)工作站配置詳情

• 超級微波消解系統(tǒng)

  前處理設(shè)備在線詢價(jià)
• 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)

  檢測儀器在線詢價(jià)