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(chǔ)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(cè)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(shì)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(cè)定多個(gè)元素，靈敏度高達(dá) ppb（10-9）級(jí)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(dòng)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)。例如，ASTM E1086-14《標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法：ICP-OES 法測(cè)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(cè)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(cè)方法》也對(duì)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(cè)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(jí)微波化學(xué)工作站對(duì)電 池正極極片進(jìn)行全消解處理，并搭配 EXPEC 6100D 型 ICP-OES 對(duì)電池極片中的 Co、Ni、Mn、Li、Al 進(jìn)行測(cè)定。

關(guān)鍵詞：鋰電; 超級(jí)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(jí)微波配置表

表 2 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀檢測(cè)參數(shù)

試劑及標(biāo)準(zhǔn)品

        試劑：硝酸（優(yōu)級(jí)純）；硫酸（優(yōu)級(jí)純）；高氯酸（優(yōu)級(jí)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(jí)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(cè)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(jí)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(cè)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(cè)定值的 3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)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(cè)定元素分析譜線、線性相關(guān)系數(shù)及檢出限

精密度測(cè)試

        對(duì) 7 個(gè)平行樣分別測(cè)試，未檢出樣品則采用加標(biāo)樣測(cè)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(cè)試結(jié)果(單位：%)

加標(biāo)回收率測(cè)試

        針對(duì)樣品的實(shí)際上機(jī)濃度對(duì)樣品中各元素進(jìn)行加標(biāo)測(cè)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(cè)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(cè)試具有較好的加標(biāo)回收率，該方法可以準(zhǔn)確對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)定。

表 7 正極片樣品加標(biāo)回收率測(cè)試結(jié)果（單位：%）

結(jié)論

        本實(shí)驗(yàn)采用超級(jí)微波消解并結(jié)合 EXPEC 6100D 型 ICP-OES 對(duì)正極片中 Ni、Co 等含量進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(jí)微波化學(xué)工作站配置詳情

• 超級(jí)微波消解儀

  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(cè)儀器在線詢價(jià)