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使用 安捷伦 5110 ICP-OES 对三元材 料镍钴锰酸锂中的 4 种主量元素和 21 种杂质元素进行快速测定
点击次数：2859 发布时间：2020/11/9 20:38:24
摘要： 本文介绍了一种使用 Agilent 5110 电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES) 分析三元材料 镍钴锰酸锂中主量和杂质元素的方法，并对该方法进行了系统验证。该方法的加标回收率 在 90%–110% 之间，杂质元素 2.5 h 稳定性实验结果的相对标准偏差 (RSD) 小于 3.5%， 且主量元素 2.5 h 稳定性实验结果的相对标准偏差 (RSD) 小于 1%，表明该方法具有良好 的准确度和稳定性，非常适用于多品牌、多批次镍钴锰酸锂中元素的定量分析。
前言： 近年来，国内新能源汽车的生产和销售持续增长，极大地带动了 锂离子电池及正极材料的市场需求。锂离子电池的正极材料一般 是锂的氧化物，研究较多的包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍 钴锰酸锂（三元材料）。自 2017 年以来，随着国家新能源汽车补 贴标准的不断提高，影响锂离子电池能量密度的正极材料备受关 注。而其中多元材料（尤其是高镍三元材料）成为现阶段比较符 合国家政策导向的动力电池正极材料，且市场占比迅速提升。 目前国内对镍钴锰酸锂的元素测量主要按供需双方认可的方法进 行，常用的是火焰原子吸收光谱法 (FAAS) 和化学滴定法。FAAS 在镍钴锰酸锂的元素测量中具有较大的局限性，主要表现在：1) 部分杂质元素（如 Na、K 等易电离元素）的测试结果较差；2) 线 性范围窄，测定过程中经常需要对样品进行稀释；3) 测量效率较 低，通常只能进行单元素测量。化学滴定法由于灵敏度的限制， 一般只用来测量主量元素，且由于需要多次平行测量来部分弥补 精度不足的缺陷，大大增加了分析工作者的劳动强度。 本文利用 Agilent 5110 电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES)， 建立了镍钴锰酸锂中杂质和主成分的快速分析方法。该方法采用 轴向观测来分析杂质元素，采用径向观测来分析主量元素。可实 现对镍钴锰酸锂中 Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、 K、Mg、Mo、Na、P、Pb、S、Si、Sr、Ti、Zn 和 Zr 等 21 种杂 质元素以及 Ni、Co、Mn、Li 等 4 种主量元素的快速准确测定， 极大地提高了分析效率，降低了分析成本。
实验部分 ：试剂、标准品和样品 高纯硝酸和高纯盐酸购自苏州晶瑞公司；10 mg/L 多元素标准 溶液 2A（部件号 8500-6940）、10 mg/L 多元素标准溶液 4（部 件号 8500-6942）、1000 mg/L Ni 元素标准溶液（部件号 5190- 8491）、1000 mg/L Co 元素标准溶液（部件号 5190-8346）、 1000 mg/L Mn 元素标准溶液（部件号 5190-8483）、1000 mg/L Li 元素标准溶液（部件号 5190-8477），均来自安捷伦科技公 司；所用实验用水为 Millipore Milli-Q 超纯水系统现制备的高纯去 离子水；样品为市售产品。
仪器和设备 采用 Agilent 5110 ICP-OES，该仪器配备垂直炬管和冷锥接口 (CCI)，能够准确稳定地分析高盐高基体样品，同时具有较宽的动 态线性范围，在分析主量元素时，可有效减少额外的样品稀释， 避免大倍数稀释后引起的误差。 其它设备包括胜谱 HT-300 实验电热板、Mettler-Toledo MS204S 万分之一电子天平、Millipore Milli-Q 超纯水系统。
标准溶液和样品溶液的制备 镍钴锰酸锂样品溶液的制备 镍钴锰酸锂样品消解采用以下步骤：称取固体样品 0.3 g（精确至 0.0001 g）于聚四氟乙烯消解罐中；缓慢加入 2–3 mL 浓王水（浓 盐酸:浓硝酸 = 3:1 (v/v)），加盖；在电热板上加热至 120 °C，消解 30 min 至溶液澄清透明；冷却后用超纯水定容至 30 mL，以此溶 液作为镍钴锰酸锂杂质分析溶液。定容后将样品溶液用超纯水再 稀释 1 倍，以此溶液作为镍钴锰酸锂主量元素分析溶液。每个样 品设置 2 个平行试验组、2 个加标组，同时设置 2 个制备空白组。 镍钴锰酸锂杂质分析标准溶液的制备 随机选取消解好的样品溶液做溶剂来配制杂质分析的标准曲线。 混合元素标准溶液的配制：用样品溶液作溶剂逐级稀释多元素标 准溶液-2A，配制成 0.01、0.05、0.2、0.5 和 1 mg/L 的混合元素 标准溶液。 S 和 Si 标准溶液的配制：用样品溶液作溶剂逐级稀释多元素标准 溶液-4，配制成 0.01、0.05、0.2、0.5 和 1 mg/L 的 S 和 Si 系列 标准溶液。 镍钴锰酸锂主量分析标准溶液的制备 分别取 0.5、1、2、5 和 9 mL 的 Ni、Co 和 Mn 单元素标准溶 液，用 1% 硝酸定容至 10 mL，配制成 50、100、200、500 和 900 mg/L 的 Ni、Co 和 Mn 系列标准溶液。 取 0.2、0.5、1、2 和 4 mL 的 Li 单元素标准溶液，用 1% 硝酸定 容至 10 mL，配制成 20、50、100、200 和 400 mg/L 的 Li 单元 素系列标准溶液。
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