高分辨率 ICP-OES 测试氧化硅和石墨中13种杂质元素

发布时间： 2023-11-17 12:22 来源：德国耶拿分析仪器有限公司

领域：	电池/锂电池
样品：	氧化硅，石墨材料	项目：	13 种杂质元素测定
参考：	德国耶拿

　　背景

锂电子电池主要是由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成，其中，负极材料，是电池在充电过程中，锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用。在电池成本中，负极材料约占了 5%-15%,是锂离子电池的重要原材料之一。

　　负极材料中的杂质元素是指除了主元素以及包覆和掺杂引入的元素外的其它成分。杂质元素一般是通过原料或者是在生产过程中被引入的，它们会严重影响电池的电化学性能，因此需要从源头加以控制。例如，某些金属杂质成分不仅会降低电极中活性材料的比例，还会催化电极材料与电解液的副反应，甚至刺穿隔膜，造成安全隐患因此，

　　准确测定其中杂质元素含量具有重要意义。

　　我国在近十几年发布的锂离子电池负极材料的相关标准，其中国家标准 3 项，行业标准 1 项。从类别上看，涉及的负极产品有 3 项，测试方法 1 项。石墨是首先得到商业化应用的负极材料，因此 GB/T24533—2009《锂离子电池石墨类负极材料》是第一项负极标准。随后，少量的钛酸锂也进入了市场，相应的行业标准 YS/T825—2012《钛酸锂》和国家标准 GB/T30836— 2014《锂离子电池用钛酸锂及其碳复合负极材料》也先后推出。

　　氧化硅和石墨材料为锂电池负极材料，将样品微波消解后，用 PlasmaQuant 9100 测试 13 种杂质元素含量。

　　由于样品杂质含量低，对仪器检出能力要求高。从实验结果看， 12 种金属元素标准曲线范围低（0.01-0.2mg/L），测定非金属元素 S，标曲范围低到为 0.1 -1mg/L，且测试前无需长时间吹扫即测，所有拟合系数 R 均大于 0.999；样品加标回收率 90%以上均达到 90 -110%，说明测试结果准确；光谱干净，说明仪器光学分辨率高，可很好的避免光谱干扰；综上， PlasmaQuant 9100 开机即测，即可获得准确结果，省时省气，实验效率高，完全可以满足测试氧化硅和石墨中的 13 种杂质元素测定。

　　材料和方法

　　样品和试剂

　　1.1 氩气为高纯

　　1.2 超纯水；

　　1.3 HNO3 优级纯；

　　1.4 多元素混标： 100mg/L 国家有色金属市售，测试 Mo、Zn、 Pb、 Ni、Cd、Co、 Fe、Cr、Cu、Al、 Na

　　1.5 单元素标液： 1000mg/L 国家有色金属市售，测试 Hg、S、Au

　　样品制备

　　由于需测试 Hg、 S 元素，采用加热板消解方式可能有损失，所以采用微波消解。取样品 0.2g （精确到

　　0.1mg），加入硝酸、双氧水，采用 120、 160、 180℃阶梯升温消解后，放凉转移至 50mL 离心管，放置到加热板 120℃蒸干至 2-3mL，定容 50mL。此事样品依然有黑炭物质存在，将此消解液通过 0.45um 滤膜过滤后上机测试。

　　标准曲线配制：

　　根据样品含量，配制标准曲线， S 元素范围为 0.1-1mg/L，其他元素范围为 0.01-0.2mg/L （加入 0.5mg/LAu 做 Hg 稳定剂）。

　　仪器设置/方法参数

　　用 PlasmaQuant 9100 Elite 测试，详细系统参数如表 1 所示。

　　表 1：PlasmaQuant 9100 Elite 耐氢氟酸进样组件

名称	参数
观测方式	轴向
功率	1200W
等离子体气流量	15 L/min
辅助气流量	0.5 L/min
雾化气流量	0.5 L/min
进样泵速	1.0 mL/min
中心管	石英 2cm
雾化室	玻璃雾化室 50mL
雾化器	玻璃雾化器 1mL/min
积分时间	3s
测定次数	2 次

结果和讨论

1. 原样品测试结果汇总

		空白			平行样 1		平行样 2		平行样 1+0.1mg/L
		BK- 1	BK-2	BK 平均值	上机浓度	*原固体*	上机浓度	*原固体*	加标回收率
	元素和波长	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