[導讀] 鋰電產業(yè)鏈從原材料，到電池材料到廢舊電池回收再利用等環(huán)節(jié)，都需要采用合適的檢測手段來進行元素分析。

　　近十年間，在能源技術變革以及新興科技的帶動下，鋰離子電池產量進入飛速增長期，鋰離子電池產業(yè)的蓬勃發(fā)展，也為鋰離子電池檢測領域帶來新的機遇。隨著鋰離子電池基礎科學研究儀器水平不斷提升，幾乎各類科學儀器都逐漸在鋰離子電池的研究中出現，且針對鋰離子電池的研究、制造也開發(fā)了許多鋰電行業(yè)專用的儀器設備。

　　為促進中國鋰電檢測產業(yè)健康發(fā)展，儀器信息網結合鋰離子電池檢測項目品類，將從2018年12月起策劃組織系列鋰電檢測系列專題報道，為專家、儀器設備商、用戶搭建在線網上展示及交流平臺。鋰電檢測系列專題內容征集進行中：【征集申報鏈接】

專題約稿|鋰電材料元素分析難點解析

——“鋰電檢測技術系列——成分分析技術”專題征文

(作者：馮文坤，安捷倫科技原子光譜應用專家)

　　在都在關注環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的大前提下，新能源——這個詞已經為廣大人民所熟悉，而較為密切相關的無疑是新能源汽車。目前新能源汽車的動力來源主要應用的是鋰離子電池，鋰電的性能決定了新能源汽車的續(xù)航里程和行駛安全，其中鋰電材料主元素和雜質元素的含量對鋰電的性能有著關鍵性影響。鋰電產業(yè)鏈從原材料，到電池材料到廢舊電池回收再利用等環(huán)節(jié)，都需要采用合適的檢測手段來進行元素分析。正極、負極、電解液等鋰離子電池相關材料中的元素檢測是鋰電池行業(yè)原材料控制的重要項目：Li、Co、Mn 等常量元素的含量檢測是原材料控制的必測項目;雜質含量對材料品質以及電池產品性能有很大影響，需要嚴格控制。

　　鋰電材料元素分析必要性

　　在鋰電的主要組成部分中，正極材料是*受關注的，因為它決定了鋰電的能量密度。正極材料的元素配比和雜質控制是產品生產過程中重要的質量控制環(huán)節(jié)，而負極材料和電解液的雜質含量對鋰電產品的安全性能有著重要影響。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)由于具有更好的復雜基體耐受能力、更快的分析速度和更寬的線性動態(tài)范圍，已成為了鋰電生產的標配。

　　在 GB/T 20252-2014《鈷酸鋰》、GB/T 24533-2009《鋰電池石墨負極材料》等鋰離子電池相關標準中，規(guī)定使用 ICP-OES或等同性能分析儀器測試常量元素及微量雜質元素，并對磁性物質進行分析。在 GB/T 30835-2014《鋰離子電池用復合磷酸鐵鋰正極材料》、GB/T24533-2009《鋰電池石墨負極材料》、GB/T 30836-2014《鋰離子電池用鈦酸鋰及碳復合負極材料》等鋰離子電池相關標準中，規(guī)定依據 IEC 62321 方法、使用 AA、ICP-OES 和 ICP-MS 等儀器對材料中的 Cd、Pb、Hg、Cr 等限用物質進行檢測。

　　鋰電材料元素檢測難點鋰電池電解液樣品的復雜基體(含高鋰鹽、高有機成分、F 成分)會產生電離干擾、物理干擾等，給 ICP-OES 的基體耐受性和抗干擾能力帶來極大挑戰(zhàn)。同時，鋰電池材料復雜基體給軟件扣除干擾的能力帶來極大挑戰(zhàn)。

　　鋰電材料元素檢測難點

　　1.源于高含量Li元素的嚴重電離干擾早成結果不準確

　　在鋰電材料檢測過程中，對于高鋰的樣品(如：、鎳鈷錳酸鋰)的雜質元素檢測，往往會發(fā)現Na、K元素結果偏高，其它雜質元素結果偏低，且數據常有不穩(wěn)定的現象。這是由于大量存在的鋰離子會使 Na 和 K的分析受到易電離元素 (EIE) 的干擾。為了盡量減小或消除 EIE 干擾，常用 ICP-OES 的徑向觀測模式進行分析，但是這種方案的靈敏度較低，無法滿足電池級的分析要求，經常會出現“未檢出”的情況?！拔礄z出”就意味著雜質含量陰性嗎?并非如此，還可能儀器靈敏度不夠，這需要用“回收率測試”等方法驗證。針對這些問題，我們推薦采用垂直炬管軸向觀測+CCI冷錐+基體匹配的方案。采用軸向觀測，保證足夠的靈敏度;而CCI冷錐設計，將低溫區(qū)電離干擾的等離子部分成功剝離，有效消除了大部分電離干擾。在加標濃度為0.05mg/L時，中14種雜質元素的回收率在95～105%之間，連續(xù)測試2.5小時，各元素RSD<2%。

中各元素測試結果及回收率結果

中各元素長期測試穩(wěn)定性數據

　　2.鋰電材料復雜基質造成的結構背景干擾

　　六氟磷酸鋰電解液基體非常復雜，含有大量有機物，并常利用有機溶劑稀釋后進樣分析。在復雜基體下，在被測元素波長附近，常會產生復雜的結構背景信號，對微量被測元素形成嚴重干擾。此外，樣品基質含有大量含F物質，可能對常規(guī)玻璃霧化系統(tǒng)造成腐蝕。

　　金屬雜質元素需要控制在1ppm以內，而復雜的結構背景從而導致檢出限變差，無法滿足六氟磷酸鋰電解液中金屬雜質元素的檢測要求。

20% 乙醇水和以 20% 乙醇水配制的 As 標準溶液的疊加譜圖

　　對于樣品中含F物質，我們推薦使用專門的HF進樣系統(tǒng)。六氟磷酸鋰電解液中含有一定量的碳酸酯成分，為保證測試溶液的穩(wěn)定性，我們推薦采用 15%–20% (w/w) 乙醇水溶液按重量比將電解液樣品稀釋 10–20 倍后上機檢測。

　　對于復雜背景信號對微量雜質檢測帶來的嚴重的結構背景干擾問題，常規(guī)方法(如干擾系數校正法)無法解決。我們推薦利用FACT 快速自動譜線擬合技術，可利用數學擬合方法進行自動建模，元素信號從有機物背景干擾中剝離出來(如下圖)，有效降低了微量元素檢測的檢出限，檢測準確度大大改善。

采用 FACT 技術扣除背景后的譜圖

六氟磷酸鋰中12 種雜質元素的方法檢測限 (MDL)

　　在鋰電池產業(yè)鏈中，除了元素分析，還需要圍繞產品質量、原材料質控、或鋰電池各種性能指標的研發(fā)工作進行一系列的理化測試，包括：電池鼓脹氣體成分分析 (GC、微型 GC)、電解液、添加劑成分分析 (GC、GC/MS)、石墨類負極材料有機物含量測試 (GC/MS)、電解液未知成分分析 (GC/Q-TOF、LC/Q-TOF)、SO42-、Cl- 等陰離子及 Si 等非金屬元素分析 (UV-Vis)、電解液等原材料鑒別 (FTIR)等。安捷倫科技在鋰離子電池材料檢測領域積累了大量經驗和數據。希望安捷倫鋰電行業(yè)解決方案給鋰電材料檢測工作者帶來幫助。

[來源：儀器信息網]