磷酸鐵鋰是一種新型的鋰離子電池正極材料，和傳統(tǒng)的鈷酸鋰相比，具有 毒性小、成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。磷酸鐵鋰材料自 20 世紀(jì) 90 年代進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)工具和電動(dòng)汽車等領(lǐng) 域。在對(duì)磷酸鐵鋰電極材料的分析檢測(cè)中，除主量元素磷、鐵、鋰外，雜質(zhì)元 素含量也是測(cè)試中的一個(gè)重要指標(biāo)。雜質(zhì)元素含量過高會(huì)影響電極材料的純度， 有些金屬元素雜質(zhì)還會(huì)對(duì)電化學(xué)性能產(chǎn)生有害影響，例如鐵、鉻、鎳、鋅的磁 性金屬單質(zhì)會(huì)影響電池的自放電程度。在實(shí)際生產(chǎn)中磷酸鐵鋰材料需要控制的 雜質(zhì)元素主要包括鋁、鈣、鈷、鉻、銅、鎂、錳、鈉、鎳，各雜質(zhì)元素含量要 求低于 50~400μg/mL 不等。
目前關(guān)于磷酸鐵鋰的標(biāo)準(zhǔn)有《納米磷酸鐵鋰》（GB/T33822-2017）,《鋰離 子電池用炭復(fù)合磷酸鐵鋰正極材料》（ GB/T30835-2014 ） , 《 磷酸鐵鋰》
（YS/T1027-2015），《磷酸鐵鋰化學(xué)分析方法》（YS/T1028-2015）等，其中《磷酸鐵鋰化學(xué)分析方法》（YS/T1028-2015）第 5 部分，規(guī)定了鈣、鎂、銅、鉛、鉻、鈉、鋁、鎳、鈷、錳量的測(cè)定使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。相較于傳統(tǒng)的滴定法、稱量法和分光光度法，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有靈敏度高、檢測(cè)下限低、穩(wěn)定性好、消除背景干擾、可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類材料的化學(xué)元素檢測(cè)。
本文采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）對(duì)磷酸鐵鋰中的鋁、鈉、硫、鉻、鈷、鎳、銅、鋅等元素含量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品具有較好的平行性和準(zhǔn)確性，可以作為磷酸鐵鋰實(shí)際樣品的分析方法。
關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰；雜質(zhì)元素；ICP-OES。
實(shí)驗(yàn)部分
儀器
表 1 電感耦合等離子光譜儀及超級(jí)微波消解儀
表 2 電感耦合等離子光譜儀檢測(cè)參數(shù)
儀器參數(shù) | 設(shè)定值 |
RF 功率（W） | 1150 |
霧化氣流量（L/min） | 0.70 |
輔助氣流量（L/min） | 1.00 |
冷卻氣流量（L/min） | 12.0 |
沖洗/分析泵速（rpm） | 30 |
觀測(cè)方式 | 軸向 |
重復(fù)次數(shù) | 3 |
試劑及標(biāo)準(zhǔn)品
試劑：優(yōu)級(jí)純硝酸、優(yōu)級(jí)純鹽酸、優(yōu)級(jí)純過氧化氫； 純水：18.2 MΩ·cm 去離子水；
標(biāo)準(zhǔn)溶液：鋁、鈣、鈷、鉻、銅、鎂、錳、鈉、鎳、鉛、鋅均為單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000 μg/mL，國(guó)家有色金屬研究院。
樣品前處理
準(zhǔn)確稱量樣品 0.2 g（精確至 0.0001 g），置于聚四氟乙烯消解管中，加入 10mL 鹽酸，2mL 硝酸加熱至微沸浸取，過程中可滴加幾滴過氧化氫，以及補(bǔ)加鹽酸使樣品完全溶解，取下冷卻，在 50 mL 容量瓶中定容，同步做空白，根據(jù)不同元素含量稀釋合適倍數(shù)待上機(jī)測(cè)試。
標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限
在表 4 所示的濃度范圍內(nèi)，待測(cè)元素線性相關(guān)系數(shù)大于 0.9995。以樣品空白試樣連續(xù)分析 11 次所得測(cè)定值的 3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的樣品濃度作為方法檢出限，各元素檢出限見表 4。
表 4 測(cè)定元素譜線、相關(guān)系數(shù)及檢出限
元素 | 分析譜線/nm | 線性相關(guān)系數(shù) r | 方法檢出限（mg/kg） |
Al | 396.152 | 0.99996 | 1.07 |
Ca | 393.366 | 0.99994 | 0.16 |
Co | 228.616 | 0.99964 | 1.34 |
Cr | 267.716 | 0.99994 | 0.68 |
Cu | 327.396 | 0.99996 | 0.50 |
Mg | 280.270 | 0.99992 | 0.24 |
Mn | 257.610 | 0.99990 | 0.12 |
Na | 589.592 | 0.99983 | 3.67 |
Ni | 231.604 | 0.99987 | 1.01 |
Pb | 220.353 | 0.99990 | 8.23 |
Zn | 202.548 | 0.99993 | 0.79 |
精密度測(cè)試
對(duì) 7 組平行樣品進(jìn)行測(cè)試計(jì)算其精密度，未檢出元素則采用平行樣加標(biāo)進(jìn)行精密度測(cè)試，各元素精密度測(cè)試結(jié)果見表 5，RSD 均小于 5.0%，表明該方法精密度良好。
表 5 方法精密度測(cè)試結(jié)果（單位:mg/kg）
元素 | 樣品-1 | 樣品-2 | 樣品-3 | 樣品-4 | 樣品-5 | 樣品-6 | 樣品-7 | 均值 | RSD/% |
Al | 76.5 | 76.5 | 77.5 | 74.3 | 76.5 | 78.5 | 76.5 | 76.6 | 1.66 |
Ca | 132 | 131 | 129 | 130 | 132 | 138 | 132 | 132 | 2.19 |
Co | 7.91 | 7.984 | 8.27 | 8.28 | 7.66 | 8.11 | 7.96 | 8.0 | 2.71 |
Cr | 14.5 | 14.3 | 14.5 | 14.8 | 14.4 | 14.7 | 14.5 | 14.5 | 1.17 |
Cu | 29.3 | 29.4 | 28.1 | 28.1 | 27.9 | 29.6 | 28.5 | 28.7 | 2.49 |
Mg | 135 | 134 | 136 | 135 | 134 | 135 | 135 | 135 | 0.51 |
Mn | 178 | 181 | 182 | 188 | 181 | 179 | 182 | 182 | 1.77 |
Na | 226 | 233 | 233 | 234 | 242 | 238 | 233 | 234 | 2.11 |
Ni | 29.8 | 28.7 | 27.9 | 28.2 | 29.5 | 29.8 | 28.1 | 28.9 | 2.88 |
Pb | 29.7 | 28.9 | 28.4 | 27.5 | 30.1 | 28.6 | 29.8 | 29.0 | 3.19 |
Zn | 30.3 | 30.5 | 31.7 | 32.6 | 33.1 | 32.1 | 30.1 | 31.5 | 3.80 |
樣品及加標(biāo)回收率測(cè)定
利用上述方法對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，每個(gè)樣品各平行樣分析結(jié)果間精密度 RSD<5%，加標(biāo)回收率在 92%-100%之間，具有較好的平行性，證明該數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠?？捎糜诹姿徼F鋰雜質(zhì)含量的測(cè)定。
表 6 樣品中元素含量測(cè)試結(jié)果（單位：mg/kg）
元素 | 平行樣 1 | 平行樣 2 | 平行樣 3 | 平均值 | RSD/% | 加標(biāo)回收率/% |
Al | 77.0 | 74.0 | 78.5 | 76.5 | 3.0 | 98.4 |
Ca | 129 | 130 | 138 | 132 | 3.7 | 95.0 |
Co | 7.98 | 8.28 | 7.61 | 7.96 | 4.2 | 95.6 |
Cr | 14.8 | 14.4 | 14.3 | 14.5 | 1.8 | 95.7 |
Cu | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | - | 97.1 |
Mg | 136 | 134 | 136 | 135 | 0.9 | 95.2 |
Mn | 188 | 178 | 181 | 182 | 2.8 | 92.4 |
Na | 226 | 232 | 242 | 233 | 3.5 | 98.7 |
Ni | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | - | 94.1 |
Pb | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | - | 95.5 |
Zn | 30.3 | 30.5 | 32.6 | 31.1 | 4.1 | 95.3 |
備注：N.D.為未檢出
結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)建立了采用 EXPEC 6500D 型 ICP-OES 測(cè)定磷酸鐵鋰中鋁、鈣、鈷、鉻、銅、鎂、等元素含量的方法。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，所建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相 關(guān)系數(shù)均大于 0.999，各平行樣分析結(jié)果間精密度小于 5%，加標(biāo)回收率在 92- 100%之間；以上一系列方法學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明本文所開發(fā)的方法有效可行，該方 法可以應(yīng)用于磷酸鐵鋰中鋁、鈉、硫、鉻、鈷、鎳、銅、鋅等元素含量測(cè)試， 并具有較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
