锂离子电池三元材料中元素Ni、Co、Mn成分检测方案(能散型XRF)

SSL-CA14-793Excellence in Science Excellence in ScienceEDX-018 http：//www.shimadzu.com.cn上海市徐汇区区州路180号B2栋咨询电话：021-34193996Hotline： 021-34193996Building B2， No.180 Yizhou Road， Shanghai 锂离子电池三元材料中Ni、CCo、Mn的成分分析 EDX-018 摘要：随着电动汽车产业的迅速发展，三元材料锂离子电池逐渐成为动力电池行业的主流选择。目前三元材料中的镍钴锰成分分析多采用仪器分析、沉淀重量、滴定分析等化学方法，化学分析过程相对复杂、分析时间长、稀释误差大。本文使用岛津能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000，建立了锂离子电池三元材料中的镍钴锰成分分析的工作曲线，进行了短期精密度分析和长期稳定性测试，并就测试数据的准确性与化学分析方法比较，结果表明两种方法具有一致性。使用 EDX-7000分析锂离子电元三元材料中的镍钴锰成分，具有前处理简单、效率高、操作方便、经济性好、无环境负担、分析结果稳定性好的优点。该方法可应用于锂电池企业的质量控制和研发工作。 关键词：锂离子电池三元材料成分分析能量色散型X射线荧光分析仪 三元材料是指镍钴锰酸锂，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备得到。三元材料的通式为 LiNil_xyCoMn，02，调整其中镍钴孟的比例可以获得不同的电池性能。三元材料锂离子电池具有能量密度高、热稳定性能好、性价比高的优点，随着电动汽车产业的迅速发展，三元材料锂离子电池在锂电池行业的市场份额得到扩展。 目前锂离子电池三元材料中的 Ni、Co、Mn分析 方法多采用仪器分析(ICP、AAS等)、沉淀重量分析、EDTA 滴定分析等化学法。化学分析法前处理复杂、分析时间长、分析过程的稀释倍数大可能引入较大的分析误差。 本文使用岛津 EDX-7000分析，建立了分析里离子电池三元正极材料中的镍钴锰成分的分析条件，使用校正工作曲线法，测试了方法的短期精度、长期精度，分析结果的准确度与化学法进行了对比。 实验部分 1.1仪器 岛津EDX-7000能量色散型X射线荧光分析仪， FW-4型手动压片机 1.2分析条件 电电： Auto 靶材：Rh滤光片：5#分析时间：100s准直器：10mm分析元素：Ni、Co、Mn电压： 50kV 分析气氛：Air 1.3样品 样品为黑色粉末样，粉末样品经过压片机压片，压片样品放在迈拉膜上测试。 图1样品前处理 结果与讨论 2.1工作曲线 将粉末压片标准样品放在迈拉膜上测试(防止粉末掉落)，使用三元正极材料成分分析条件测试校准样品，计算校准样品含量与测试强度的拟合工作曲线，采用 Lachance-Trail方法，校正元素间的荧光吸收影响，以下为工作曲线截图。 图2分析条件工作曲线 2.2短期精密度分析结果 随机选取2个样品，将样品放置在 EDX-7000 仪器中测试，样品重测测试10次，统计测试数据，计算CV值，结果显示测试条件分析精密度良好。 表1短期精密度分析结果 样品编号 Ni Co Mn 样品编号 Ni Co Mn 4#(01) 38.759 12.171 8.806 6#(01) 49.791 7.591 2.736 4#(02) 38.769 12.203 8.821 6#(02) 49.859 7.593 2.741 4#(03) 38.763 12.186 8.822 6#(03) 49.766 7.606 2.726 4#(04) 38.727 12.153 8.817 6#(04) 49.809 7.593 2.745 4#(05) 38.721 12.157 8.796 6#(05) 49.771 7.594 2.727 4#(06) 38.731 12.166 8.793 6#(06) 49.784 7.580 2.716 4#(07) 38.770 12.191 8.826 6#(07) 49.765 7.583 2.725 4#(08) 38.786 12.142 8.797 6#(08) 49.797 7.589 2.737 4#(09) 38.734 12.168 8.784 6#(09) 49.795 7.620 2.757 4#(10) 38.771 12.155 8.795 6#(10) 49.865 7.608 2.759 AVE 38.753 12.169 8.806 AV E 49.800 7.596 2.737 Std 0.023 0.019 0.015 Std 0.036 0.012 0.014 CV 0.059 0.157 0.167 CV 0.071 0.161 0.513 2.3长期精密度分析结果 选择分析样品4个，采用三元材料分析条件分析，隔天分析，总计5天，统计分析结果如下表，统计数据显示长期稳定性结果良好。 表2 Ni长期稳定性分析结果 样品名称 Day1 Day2 Day3 Day4 Day5 AV E Std CV S2 49.986 50.07 50.044 49.994 50.073 50.033 0.041 0.08 S4 39.525 39.448 39.505 39.315 39.277 39.414 0.112 0.28 S5 39.283 39.375 39.355 39.466 39.464 39.389 0.078 0.20 S6 49.986 50.043 50.058 50.046 50.077 50.042 0.034 0.07 表3 Co长期稳定性分析结果 样品名称 Day1 Day2 Day3 Day4 Day5 AVE Std CV S2 7.614 7.611 7.625 7.634 7.631 7.623 0.010 0.13 S4 12.329 12.302 12.34 12.263 12.251 12.297 0.039 0.32 S5 12.3 12.303 12.288 12.288 12.263 12.288 0.016 0.13 S6 7.622 7.629 7.623 7.634 7.644 7.630 0.009 0.12 表4Mn长期稳定性分析结果 样品名称 Day1 Day2 Day3 Day4 Day5 AVE Std CV S2 2.758 2.776 2.774 2.73 2.786 2.765 0.022 0.79 S4 8.83 8.776 8.826 8.768 8.775 8.795 0.030 0.34 S5 8.812 8.841 8.842 8.86 8.837 8.838 0.017 0.19 S6 2.9 2.882 2.864 2.881 2.903 2.886 0.016 0.55 2.4准确度分析结果 选择长期稳定性分析结果的平均值，与化学分析结果比较，得到分析准确度的比较： 表5准确度分析结果 样品名称 S2 S4 S5 S6 分析元素 Ni Co Mn Ni Co Mn Ni Co Mn Ni Co Mn 分析值 50.033 7.623 2.765 39.414 12.297 8.795 39.389 12.288 8.838 50.042 7.630 2.886 参考值 50.15 7.53 2.92 39.53 12.13 8.45 39.21 12.49 8.62 49.78 7.35 2.80 误差 -0.12 0.09 -0.16 -0.12 0.17 0.35 0.18 -0.20 0.22 0.26 0.28 0.09 上表中的数据，参考值来自ICP 测试结果， EDX-7000 快速分析镍、钴、锰成分的方法，分析结果与化学分析法的参考值具有一致性。 结论 岛津X射线荧光分析析EDX-7000，分析锂离子电池三元正极材料中的镍、钴、锰成分，依赖标样校正工作条件曲线，Ni、Co、Mn 的短期精密度分析，变异系数 CV均小于0.52%，长期稳定性测则Ni、Co、Mn的变异系数 CV 均小于0.80%。EDX-7000 的测试值和化学分析方法进行了对比，分析结果表明两种方法具有一致性。 EDX-7000分析锂离子电池三元正极材料中的镍、钴、锰成分，具有分析速度快、操作方便、结果稳定性好、非破坏性、环境友好等优点，适用于锂离子电池企业的现场快速分析。 ( 参考文献 ) ( [1]邓攀，常德民，文俐，卢博，任晟，陈星斌.三元正极材料中镍钴锰含量的化学分析测定.化学试剂， 2016，38(2)：137-140. ) ( [2 ] 徐金玲.锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂中镍、钴、镍含量测 定 .矿冶工程，2013， 33(2)：120-124. ) ( [3]李瑞清，张孟星.电感耦合等离子体发射光谱测定锂离子电池材料中镍、钴、锰的含量.现代科学仪器， 2010， 4 ：112-114. ) 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心Shimadzu(China)CO.，LTD. Analytical Applications Center 随着电动汽车产业的迅速发展，三元材料锂离子电池逐渐动力电池行业的主流选择。目前三元材料中的镍钴锰成分分析多采用仪器分析、沉淀重量、滴定分析等化学方法，化学分析过程相对复杂、分析时间长、稀释误差大。本文使用岛津能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000，建立了锂离子电池三元材料中的镍钴锰成分分析的工作曲线，进行了短期精密度分析和长期稳定性测试，并就测试数据的准确性与化学分析方法比较，结果表明两种方法具有一致性。使用EDX-7000分析锂离子电池三元材料中的镍钴锰成分，具有前处理简单、效率高、操作方便、经济性好、无环境负担、分析结果稳定性好的优点。该方法可应用于锂电池企业的质量控制和研发工作。