ICP-AES法检测锂电池正极物中钴锰镍含量

目前对于锂电池中钴、锰、镍含量的检测, 业内多使用滴定法和重量法相结合的化学分析方法[1], 但因镍、钴、锰三种元素同属过渡金属元素且性质相近, 在不互相干扰的前提下, 将他们相互分离并检测出来, 会消耗的大量试剂成本和检测时间, 且对检测人员的技术水平要求极高。另一方面等离子发射光谱法 (ICP-AES) 、原子吸收光谱法 (AAS) 等仪器分析方法, 虽然操作简便, 试剂消耗少, 人员要求低, 但因测定范围在痕量级别, 需要反复稀释样品至10-4到10-6级, 引入误差太大而很少应用于实际[1]。

本文探讨利用ICP-AES的次灵敏谱线和内标法相结合, 将镍、钴、锰三种元素的检出限提升。扩大测定范围, 减少仪器振荡导致的偶然误差, 从而达到减少样品稀释倍数, 降低误差的目的。同时也利用镍、钴、锰的次灵敏谱线排除元素间的相互干扰, 提高检测准确率。

一、仪器和试剂

1. 试剂

本方法所使用水均为去离子水。盐酸、硝酸为优级纯试剂。

镍、锰、钴、钇标准溶液均是1000μg/ml的国家有证标准溶液。

标准曲线溶液:分别移取一定量的上述标准溶液, 用稀释的方法配置成一组有4个梯度的标准溶液, 标准溶液浓度如表1

μg/ml

2. 仪器的主要设置

美国利曼公司的Prodigy XP型等离子发射光谱仪。仪器参数为:RF功率1.1k W, 雾化气52PSI, 泵速1.8m L/min, 纵向观测, 高度线圈上方1.5cm。

二、样品处理和分析方法

1. 样品处理

取电池的正极部分破碎研磨, 使之粉碎到80目以下。准确称取0.2g样品 (精确至0.0001g) 置于500m L烧杯中, 加入15m L盐酸和5ml硝酸, 置于电热板上缓慢加热溶解并蒸发近干。用热水吹洗杯壁和杯底使盐类溶解, 冷却后移入200m L容量瓶中, 同时加入1ml钇标准溶液, 以水定容, 摇匀备用。

2. 分析方法

仪器有自动背景校正功能和内标法检测功能。在仪器设置中选择钇作为钴、锰、镍的内标物, 并按照表1输入标准溶液浓度。同时在谱线峰图中选择背景强度[2]变化平缓、波动较小处作为背景扣除点。

三、结果讨论

1. 波长的选择

考虑到样品中所含元素种类较多, 相互干扰情况复杂。所以根据谱线远离铝、锂、钠、铁、铜的灵敏谱线, 且信号强度明显, 信噪比适中的原则, 分别选择3套次灵敏谱线检测标准溶液系列。谱线波长及其峰谱如图1。

从图1可知236.379nm、228.615nm下的钴, 222.184nm、209.216nm下的锰, 232.003nm、221.038nm下的镍会受其他元素干扰。所以选择峰形更好, 干扰更小的230.901nm、322.809nm和220.141nm检测钴、锰、镍。

2. 方法准确度和回收率

将样品移取30ml到50ml容量瓶进一步稀释, 分别在其中加入不同浓度的钴、锰、镍标准液, 进行回收率实验。检测结果见表2。

从表3可知, 本方法检测钴、锰、镍的加标回收率在95.86%至98.93%之间, 说明方法的准确度较高。

3. 样品测定结果和精密度

称取11份样品, 按照分析方法测定钴、锰、镍含量, 结果见表3.

从表4可知, 本方法检测钴、锰、镍的相对标准偏差在0.26%至0.39%之间, 具有较好的精密度。

结论

采用ICP-AES的次灵敏谱线和内标法相结合的方法检测钴、锰、镍含量, 只需一步溶解样品。回收率在95.86%至98.93%之间, 相对标准偏差在0.26%至0.39%之间。准确度高且操作简便快捷, 适用于规模化处理电池废料的来料检验和生产控制。

摘要：研究了等离子发射分析法 (ICP-AES) 检测锂电池正极中的钴锰镍含量。本文探讨了次灵敏分析谱线的选择, 采用以钇作为内标物的内标分析法。该方法稀释倍数小, 有良好的准确度和精密度。适合日常检测的需要。

关键词：等离子发射分析法,内标法,次灵敏谱线,钴,锰,镍

参考文献

[1] 刘平樊勇利化学分析法测定LiδNi 1-x-yCoxMnyO2中的镍、钴、锰含量{J}电源技术2008.32 (11) :796.

[2] 李光俐徐光何姣等ICP—AES同时测定钴酸锂中13个杂质元素{J}光谱实验室2009.26 (6) :1655.

[3] 徐金玲锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂中镍、钴、锰含量测定{J}矿业工程2013.33 (2) :120.