锂离子电池电解液成膜添加剂中金属元素检测方案(ICP-AES)

Application EXPEC 6000测定锂离子电池电解液成膜添加剂中8种金属杂质元素含量Determination of 8 Elements in the Electrolyte Film-formingAdditive in Lithium Ion Batteries by EXPEC 6000 应用中心 痕量元素分析 湿法消解法 锂离子电池一般采用能够可逆嵌脱锂离子的石墨或无定形炭作为负极材料。在电池首次充放电过程中，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的钝化层(SEI膜)，由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的 SEI 膜， 因此 SEI 膜的特性决定了嵌脱锂以及碳负极电解液界面稳定的动力学，也就决定了整个电池的性能，如循环寿命、自放电、额定速率以及电池的低温性能等。 在锂离子电池有机电解液中添加少量的某些物质，能够在碳负极上优先还原、分解形成性能优良的SEI膜，从而改善碳负极的性能，这些微量物质被称之为成膜添加剂。 本文采用湿法消解对成膜添加剂：亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的金属杂质元素进行分析。 样品前处理 准确称取1.0 g(精确至0.0001g)硫酸乙烯酯样品，加入少量浓 HNO3， 在电热板上加热溶解样品，冷却后转移多定容至10 mL容量瓶中备测； 移取2mL碳酸乙烯亚已酯，加入少量HNO3在电热板上加热溶解样品，转移并定容至 杭州谱育科技发展有限公司10 mL 容量瓶中备测； 仪器：EXPEC 6000等离子体原子发射光谱仪； 双向观测(水平+垂直)，分析参数见表1。 进样系统：旋流雾化室、玻璃同心雾化器。 表1 EXPEC 6000 的仪器条件 参数 设置 RF 功率 1150 w 等离子观测 水平 冷却气 12 L/min 辅助气 1.00 L/min 雾化气 0.60 L/min 进样泵速 50 rpm 冲洗泵速 100 rpm 分析时间 长波 10 s， 短波 15s 智能积分 标准溶液配置 被测元素标准溶液配制梯度见表2。线性相关系数均大于0.999。 表2各元素的标准溶度配制梯度单位： mg/L 溶液编号 元素名称 标准溶液浓度 1 Ca、Fe、K、Mg、Na、Ni、Cu、Ru 0、0.05、0.1、0.5、1.0 按样品空白连续11次测定的3倍 SD计算元素的方法检出限(MDL)，结果列于表3. 表3被测元素的方法检出限单位：mg/Kg 元素波长 (nm) MDL 元素波长 (nm) MDL Ca 396.847 0.001 Cu 327.396 0.005 Fe 239.562 0.003 Na 588.995 0.001 Ru 359.618 0.010 Ni 341.476 0.012 Mg 279.553 0.001 K 766.490 0.012 注：方法检出限=3*标准偏差； 方法精密度与加标回收率 采用 EXPEC 6000测定5个平行样品，考察各元素的方法精密度，结果见表4。 本文采用 EXPEC 6000 测定了锂电池电解液成膜中包括 Ca、Fe、Ru、Mg、K、Cu、Na、Ni、K8种金属元素，通过计算方法检出限、回收率和方法精密度，考察 EXPEC 6000 在电解液成膜添加剂样品中的实际分析性能。结果表明：方法精密度与加标回收率均较好， EXPEC6000可用电解液成膜添加剂 DTD、ES 等样品中多种金属元素的分析检测。 表4方法精密度和测定值单位： mg/Kg 样品 元素 限值 五个加标平行样测定值 RSD (%) 1 2 3 4 5 硫酸Z烯酯 Ca 40 2.300 2.280 2.291 2.281 2.300 0.4 Fe 5 4.171 4.040 4.101 4.080 4.050 1.2 Mg 40 0.400 0.400 0.400 0.410 0.390 1.8 Na 5 3.220 3.470 3.340 3.350 3.420 2.8 Ni 5 0.140 0.130 0.135 0.150 0.130 6.1 Cu 5 0.033 0.035 0.034 0.034 0.036 3.3 K 5 0.354 0.361 0.366 0.358 0.346 2.1 Ru 5 ND ND ND ND ND -- 亚硫酸乙烯酯 Ca 40 0.706 0.714 0.709 0.705 0.712 0.5 Fe 5 0.158 0.157 0.159 0.158 0.155 1.0 Mg 40 0.131 0.134 0.137 0.133 0.130 2.1 Na 5 3.310 3.320 3.307 3.313 3.303 0.2 K 5 0.659 0.660 0.657 0.643 0.669 1.4 Cu 5 0.016 0.016 0.017 0.016 0.018 5.4 Ni 5 ND ND ND ND ND -- Ru 5 ND ND ND ND ND -- 注：ND表示未检出或低于检出限 本文采用湿法消解对成膜添加剂：亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的金属杂质元素进行分析。