高分辨率 ICP-OES 測試氧化硅和石墨中13種雜質元素

發布時間： 2023-11-17 12:22 來源：德國耶拿分析儀器有限公司

領域：	電池/鋰電池
樣品：	氧化硅，石墨材料	項目：	13 種雜質元素測定
參考：	德國耶拿

　　背景

鋰電子電池主要是由正極材料、負極材料、隔膜和電解液構成，其中，負極材料，是電池在充電過程中，鋰離子和電子的載體，起著能量的儲存與釋放的作用。在電池成本中，負極材料約占了 5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。

　　負極材料中的雜質元素是指除了主元素以及包覆和摻雜引入的元素外的其它成分。雜質元素一般是通過原料或者是在生產過程中被引入的，它們會嚴重影響電池的電化學性能，因此需要從源頭加以控制。例如，某些金屬雜質成分不僅會降低電極中活性材料的比例，還會催化電極材料與電解液的副反應，甚至刺穿隔膜，造成安全隱患因此，

　　準確測定其中雜質元素含量具有重要意義。

　　我國在近十幾年發布的鋰離子電池負極材料的相關標準，其中國家標準 3 項，行業標準 1 項。從類別上看，涉及的負極產品有 3 項，測試方法 1 項。石墨是首先得到商業化應用的負極材料，因此 GB/T24533—2009《鋰離子電池石墨類負極材料》是第一項負極標準。隨后，少量的鈦酸鋰也進入了市場，相應的行業標準 YS/T825—2012《鈦酸鋰》和國家標準 GB/T30836— 2014《鋰離子電池用鈦酸鋰及其碳復合負極材料》也先后推出。

　　氧化硅和石墨材料為鋰電池負極材料，將樣品微波消解后，用 PlasmaQuant 9100 測試 13 種雜質元素含量。

　　由于樣品雜質含量低，對儀器檢出能力要求高。從實驗結果看， 12 種金屬元素標準曲線范圍低（0.01-0.2mg/L），測定非金屬元素 S，標曲范圍低到為 0.1 -1mg/L，且測試前無需長時間吹掃即測，所有擬合系數 R 均大于 0.999；樣品加標回收率 90%以上均達到 90 -110%，說明測試結果準確；光譜干凈，說明儀器光學分辨率高，可很好的避免光譜干擾；綜上， PlasmaQuant 9100 開機即測，即可獲得準確結果，省時省氣，實驗效率高，完全可以滿足測試氧化硅和石墨中的 13 種雜質元素測定。

　　材料和方法

　　樣品和試劑

　　1.1 氬氣為高純

　　1.2 超純水；

　　1.3 HNO3 優級純；

　　1.4 多元素混標： 100mg/L 國家有色金屬市售，測試 Mo、Zn、 Pb、 Ni、Cd、Co、 Fe、Cr、Cu、Al、 Na

　　1.5 單元素標液： 1000mg/L 國家有色金屬市售，測試 Hg、S、Au

　　樣品制備

　　由于需測試 Hg、 S 元素，采用加熱板消解方式可能有損失，所以采用微波消解。取樣品 0.2g （精確到

　　0.1mg），加入硝酸、雙氧水，采用 120、 160、 180℃階梯升溫消解后，放涼轉移至 50mL 離心管，放置到加熱板 120℃蒸干至 2-3mL，定容 50mL。此事樣品依然有黑炭物質存在，將此消解液通過 0.45um 濾膜過濾后上機測試。

　　標準曲線配制：

　　根據樣品含量，配制標準曲線， S 元素范圍為 0.1-1mg/L，其他元素范圍為 0.01-0.2mg/L （加入 0.5mg/LAu 做 Hg 穩定劑）。

　　儀器設置/方法參數

　　用 PlasmaQuant 9100 Elite 測試，詳細系統參數如表 1 所示。

　　表 1：PlasmaQuant 9100 Elite 耐氫氟酸進樣組件

名稱	參數
觀測方式	軸向
功率	1200W
等離子體氣流量	15 L/min
輔助氣流量	0.5 L/min
霧化氣流量	0.5 L/min
進樣泵速	1.0 mL/min
中心管	石英 2cm
霧化室	玻璃霧化室 50mL
霧化器	玻璃霧化器 1mL/min
積分時間	3s
測定次數	2 次

結果和討論

1. 原樣品測試結果匯總

		空白			平行樣 1		平行樣 2		平行樣 1+0.1mg/L
		BK- 1	BK-2	BK 平均值	上機濃度	*原固體*	上機濃度	*原固體*	加標回收率
	元素和波長	mg/L	mg/L	mg/L	mg/L	mg/kg	mg/L	mg/kg	%
1	S182.565	0.070	0.060	0.060	0.171	*26.34*	0.16	*23.75*	91.2*
2	Hg194.159	0.0056	0.0025	0.00405	0.0021	*-0.49*	0.0003	*-0.95*	111*
3	Mo202.030	0.0109	0.0007	0.0058	0.0001	*-1.43*	0.0014	*-1.11*	99
4	Zn206.200	0.0056	-0.0025	0.00155	0.0129	*2.85*	0.008	*1.63*	105.4
5	Pb220.353	-0.0025	-0.0034	-0.00295	-0.0049	*-0.49*	-0.0058	*-0.72*	106.4
6	Ni221.648	-0.0035	-0.0037	-0.0036	0.0119	*3.89*	0.0115	*3.82*	100.8
7	Cd228.802	-0.0011	-0.0013	-0.0012	-0.0011	*0.03*	-0.0013	*-0.03*	103.8
8	Co228.615	0	-0.0006	-0.0003	-0.0003	*0.00*	-0.0002	*0.03*	96.2
9	Fe259.940	0.0271	0.0115	0.0193	0.0835	*16.11*	0.0684	*12.43*	90.4
10	Cr267.716	0.0014	0.0016	0.0015	0.0116	*2.53*	0.0101	*2.18*	95.8
11	Cu324.754	-0.0007	-0.001	-0.00085	0.0011	*0.49*	0.0012	*0.52*	99.6
12	Al396.152	0.0052	0.0002	0.0027	0.0823	*19.97*	0.073	*17.80*	93.6
13	Na589.592	0.017	0.011	0.014	0.048	*8.480*	0.047	*8.430*	90.3