高分辨率ICP-OES测试硫酸镍和硫酸钴中 Al、As、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、 K、Li、Mg、Mn、Na、 Pb、Zn、Si.P、Ni共18 种杂质元素

发布时间： 2023-11-28 10:48 来源：德国耶拿分析仪器有限公司

领域：	电池/锂电池
样品：	CoSO4 ，NiSO4	项目：	测试硫酸镍和硫酸钴中杂质成分

　　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，正极材料在锂离子电池的总成本中占据核心地位，其性能直接影响锂离子电池的各种指标。以Ni、Co、Mn 为正极材料的三元材料是目前用量最大最普遍的锂离子电池，广泛应用在新能源汽车、电力储备等工业领域以及笔记本电脑等生活领域。由于三元材料的纯度直接影响电池的电化学性能，因此，准确测定其中杂质元素含量具有重要意义。

　　硫酸镍和硫酸钴作为三元材料的主要原料，其杂质元素含量将直接影响其定价以及三元材料的质量，行业内通常使用 ICPOES 对其进行杂质检测。由于样品主量元素 Ni以及富线元素 Co 的存在易使低含量元素产生光谱干扰，从而影响数据的准确性，所以对 ICPOES 的光学分辨率要求很高。同时，由于样品中杂质含量低，对仪器的检出能力有更高的要求。除了金属元素外，对于非金属元素如 Si、P、S 等也需测试，从而进行质量控制，而低含量的非金属元素将考验仪器在深紫外区的检测能力。

　　2 高分辨率 ICP-OES 测试硫酸镍和硫酸钴中杂质成分

　　本实验使用 PlasmaQuant PQ9100 测试硫酸镍和硫酸钴中的 18 种元素。从实验结果来看，测试元素（Al、As、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Pb、Zn、Si、P、Ni）标曲浓度范围低，范围为 0.001-0.1ppm，结果线性拟合佳，直线拟合系数 0.9991~0.99997；在盐分较高、加标浓度较低情况下，测试结果准确，回收率均在 80~110%；光学分辨率高，可有效降低杂散光，各元素检出限低，故样品允许稀释倍数大，有效减少基体干扰，测试更为便捷准确；测定含量如此低的元素 2 次测试 RSD 也很好，除空白外，85%以上 RSD＜2%。综上，PQ9100 可以满足硫酸镍和硫酸钴中的杂质或主含量元素含量测定。

　　材料和试剂

　　样品和试剂

　　1.1 氩气为高纯；超纯水；

　　1.2 多元素标准储备液：100mg/L，国家有色金属 GNM-M295388-2013（测定 As、P、Zn、Cd、Pb、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu、Na、Li 13 种元素）

　　1.3 多元素标准储备液：Inorganic IV-26： Si 50mg/L、B100mg/L、K 1000mg/L

　　1.4 单元素标准储备液：1000mg/L，Li 国家有色金属

　　样品制备

　　4 个样品，两个为红色，名称为 CoSO₄-1、CoSO₄-2；两个为绿色，名称为 NiSO₄-1、NiSO₄ -2。四个样品均取样 1g（记录至 0.1mg），用超纯水定容至 50mL 后上机测试。并做样品加标回收率实验，以验证准确性。

　　 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 标准进样组件

名称	参数
观测方式	轴向、侧向
功率	1250W
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
雾化器、雾化室	高盐雾化器， 1mL/min；玻璃旋流雾化室 50mL
中心管	石英、内径 1mm
进样泵速	0.8mL/min
背景扣除	静态/动态扣背景峰高法
积分时间	2s
测定次数	2 次

　　结果和讨论

　　1.原样品测试结果汇总

　　表 2 硫酸镍中杂质数据汇总

	Ni-1		Ni-2
元素和波长	Ni1710 D50 mg/L	原样品浓度 mg/kg	Ni1710 D50 mg/L	原样品浓度 mg/kg
As197.200	0.0046	0.23	0.0068	0.34
P178.224	0.0444	2.22	0.0451	2.25
Zn206.200	0.0001	＜0.1	0.0002	＜0.1
Cd228.802	0.0013	0.07	0.0012	0.06
Pb283.305	0.0123	0.61	0.0091	0.46
Co237.863	-0.0108	＜0.1	-0.0113	＜0.1
Mn257.610	0.0006	0.03	0.0005	0.03
Fe259.940	0.0037	0.19	0.0041	0.21
Cr267.716	0.0007	0.03	0.0008	0.04
Mg285.213	0.186	9.30	0.1735	8.68
Cu324.754	0.0037	0.19	0.0032	0.16
Al396.152	0.0017	0.09	0.0017	0.09
Ca396.847	0.0021	0.10	0.0016	0.08
Na589.592	0.1737	8.69	0.162	8.10
Li670.791	0.8574	42.87	0.8719	43.59
Si251.611	0.0388	1.94	0.0379	1.90
B208.955	0.0374	1.87	0.0414	2.07
K766.491	0.0125	0.62	0.007	0.35

　　表 3 硫酸钴中杂质数据汇总

	Co -1		Co -2
元素和波长	Co 217 D50 mg/L	原样品浓度 mg/kg	Co 220 D50 mg/L	原样品浓度 mg/kg
As188.979	-0.0095	＜0.1	-0.0104	＜0.1
P178.224	0.0624	3.12	0.0668	3.34
Zn206.200	0.0052	0.26	0.0052	0.26
Cd228.802	0.02	0.8	0.02	0.83
Ni216.555	0.4908	24.54	0.3886	19.43
Pb220.353	0.0584	2.92	0.44	2.2
Mn257.610	0.0149	0.75	0.0254	1.27
Fe258.588	0.0418	2.089	0.0385	1.926
Cr267.716	0.001	0.061	0.001	0.052
Mg285.213	0.1046	5.23	0.055	2.75
Cu324.754	0.014	0.7	0.0137	0.69
Al167.022	0.0001	<0.1	0.0002	<01
Ca396.847	0.0125	0.63	0.0104	0.52
Na589.592	0.1993	9.97	0.1874	9.37
Li670.791	0.0086	0.43	0.0069	0.34
Si251.611	0.023	1.15	0.0227	1.14
B249.773	-0.0092	<0.1	-0.0148	<01
K766.491	0.0138	0.69	0.0193	0.96

　　2 标准曲线和标点回收率汇总

　　向硫酸镍 1710 上机样品中加标 0.1ppm，后测试样品加标回收率；并测试标点 2 回收率。

元素和波长	Ni1710D50 mgL	1710+0.1ppm 回收率
As197.200	0.0046	93.1%
P178.224	0.0444	90.3%
Zn206.200	0.0001	91.1%
Cd228.802	0.0013	91.0%
Pb283.305	0.0123	90.5%
Co237.863	-0.0108	92.2%
Mn257.610	0.0006	91.2%
Fe259.940	0.0037	91.3%
Cr267.716	0.0007	90.2%
Mg285.213	0.186	90.1%
Cu324.754	0.0037	90.4%
Al396.152	0.0017	91.1%
Ca396.847	0.0021	90.3%
Na589.592	0.1737	91.2%
Li670.791	0.8574	——
Si251.611	0.0388	90.5%
B208.955	0.0374	90.3%
K766.491	0.0125	95.1%

　　注：“——”代表未测试。

　　向硫酸钴 220 上机样品中加标 0.1ppm，后测试样品加标回收率；并测试标点 2 回收率。

元素和波长	Co 220D50mg/L	回收率
As188.979	-0.0104	91.1%
P178.224	0.0668	94.6%
Zn206.200	0.0052	91.5%
Cd228.802	0.0165	90.0%
Ni216.555	0.3886	91.6%
Pb220.353	0.44	91.8%
Mn257.610	0.0254	91.5%
Fe258.588	0.0385	91.1%
Cr267.716	0.001	90.8%
Mg285.213	0.055	90.7%
Cu324.754	0.0137	93.8%
A1167.022	0.0002	91%
Ca396.847	0.0104	91.6%
Na589.592	0.1874	93.4%
Li670.791	0.0069	——
Si251.611	0.0227	92.6%
B249.773	-0.0148	110.6%
K766.491	0.0193	100.1%