ICPE-9820测定锂电池电解液中杂质元素的含量

有机电解液是锂离子电池的重要组成部分，电解液中杂质金属元素含量对于锂电池的性能和寿命有着重要影响。使用岛津ICPE-9820型电感耦合等离子体发射光谱仪对锂电池电解液样品中铝等杂质元素含量进行测定，该方法线性良好，测试准确度高（回收率95.5%~116%），精密度好（RSD<2.07%），满足电解液中杂质元素含量测定要求。SSL-CA23-138Excellence in Science Excellence in ScienceICP-188 ICPE-9820 测定锂电池电解液中杂质元素的含量 ICP-188 摘要：有机电解液是锂离子电池的重要组成部分，它在电池 中 承担着正负极之间传输电荷的作用，对电池的 工 作温度、比能量、循环效率、安全性等主要性能有 着 重要 的 影响 。锂 电池电解液中杂质金属 元 素含量对于锂 电池的性能和寿命有 着 重要影响。本文使用岛津电感耦合等离子体发射光谱仪 ICPE-9820 对电解液中的铝、钙等多种杂质元 素 进行测定，并进行方法学考察。 关键词： ICPE -9820 电解液 杂质元素 技术特点： *氢 氟酸进样系统便捷应对复杂样品，有利简化样品前处理步骤。 必轴向径向双向观 测 技术灵活应对不 同 含量范围的元素测定。 有机电解液是锂离子电池的重要组成部分，它在 电池中承担着正负极之间传输电荷的作用，对电池的 工 作温度 、比能 量 、循环效率、安全性等主要性能有 着重要的影响。有机电解液一般由电解质锂 盐 和有机溶 剂两部分组成，其中的有机溶剂 一 般都是由两种以上 的有机溶剂组成的混合溶剂，在 商 品化的锂离子电池 得到应用的电解质 锂 盐一般为六氟磷酸锂，有机溶剂 主要有 EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DMC(碳 酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等 链状和环状碳酸酯。金属杂质离子具有比锂离子低的 还原电位，因此在充电过程中，金属杂质离子将 首 先 嵌入碳负极中，减少了锂离子嵌入的位置，因 此减少 了 锂离子电池的可逆容量。但锂离 子 半径较小，锂离 子在石墨层间的迁移速率大于其它金属离子，因此低 浓度的金属杂质离子对电池性能影响不大；高浓度的金 属杂质离子的含量不仅会 导 致锂离子电池可 逆 比容量下 降，而且金属杂质离子的析出还可能导致石墨电极表 面 无法形成有效的钝化层，使整个电池遭到破坏。锂电池 电解液中杂质金属元素含量对于锂电池的性能和寿命有 着重要影响。 电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES) 具有测 定线性范围宽、精密度高、运行成本低等优点，是元素 分析的有力 工 具。能够对电解液中多种杂质元素进行同 时分析测定。 本文使用岛津电感耦合等离子体发射光谱仪 ICPE-9820 对电解液中的铝、钙等多种杂质元素进行测定，并进行方法学考察。 实验部分 1.1仪器设备 岛津 ICPE-9820 电感耦合等离子体发射光谱仪；氢氟 酸 进样系统。 1.2仪器条 件 表1 ICP-OES分析条件 仪器参数 设定值 仪器参数 设定值 高频功率 1.20kW 等离子体气流速 14.0 L/min 辅助气流速 1.20 L/min 载气流速 0.70 L/min 炬管类型 耐氢氟酸可拆卸炬管 雾化器类型 耐氢氟酸雾化器 雾化室 耐氢氟酸旋流雾室 高频频率 27.12MHz 样品前处理 准确移取5mL锂电池电解液于聚四氟乙烯烧杯中，至于电热板上100℃加热挥 干 溶剂，待样品体积减小 至约1mL，停止加热。待 冷却至室温，将杯中样品转移至25mL容量瓶中，加入1mL浓硝酸后加水定容至 刻度线。摇匀样品，上机。外标法定量分析。 ■结果与讨论 3.1标准曲线和检出限 使用体积比4%的硝酸水溶液配制多元素标准溶液，标准溶液浓度见表2。 表2多元素标准曲线浓度 元素 浓度(mg/L) STD1 STD2 STD3 STD4 STD5 STD6 STD7 Al 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 As 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Ca* 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Cd 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Co 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 一一 Cr 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Cu 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Fe 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 一一 Mg 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 一一 一一 Na* 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Ni 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Pb 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 Zn 0.00 0.10 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 注：*表示使用 径向 观 测 ，其 余为轴 向 观 测 。 部分元素标准曲线见图1-图2。 A I 167.081 图 1 铝(Al)标准曲线 图2铝(AI)谱峰轮 廓 N i 231.604 c 图3 镍 (Ni)标准曲线 图4 镍 ((Ni)谱峰轮 廓 使用样品空白溶液测定7次，分别以样品 空 白浓度的3倍和10倍标准偏差(SD)计算检出限和定量限。按 照样品称样量5mL，定容体积 25mL， 计算得到该方法的检出限和定量限，结果见表3。 表3方 法检出限及定 量 限 元素 波长(nm) 观测方向 方法检出限 (mg/L) 方法定量限(mg/L) Al 167.081 轴向 0.324 1.08 As 193.759 轴向 0.28 0.93 Ca 422.673 径向 0.129 0.43 Cd 214.438 轴向 0.012 0.04 Co 228.616 轴向 0.006 0.02 Cr 205.552 轴向 0.0165 0.055 Cu 324.754 轴向 0.0285 0.095 Fe 238.204 轴向 0.0045 0.015 Mg 279.553 径向 0.0015 0.005 Na 588.995 径向 0.462 1.54 Ni 231.604 轴向 0.009 0.03 Pb 220.353 轴向 0.072 0.24 Zn 202.548 轴向 0.009 0.03 3.2样品结果 对处理后的锂电池电解液样品进行测定，测定结果见表4。 表4 锂电池电解液 实际 样 品 测定结果 元素 测定浓度 (mg/L) 样品含量 (mg/L) 加标浓度 (mg/L) 加标回收率 (%) RSD (%，n=3) Al 1.47 7.35 1.00 114.0 1.69 As N.D. N.D. 0.20 104.0 2.05 Ca 2.27 11.35 1.00 116.0 0.36 Cd N.D. N.D. 0.20 98.5 0.97 Co N.D. N.D. 0.20 104.5 0.55 Cr N.D. N.D. 0.20 103.5 1.96 Cu N.D. N.D. 0.20 102.5 1.41 Fe 0.116 0.58 0.20 99.0 0.67 Mg 0.176 0.88 0.20 95.5 0.46 Na 4.23 21.15 1.00 110.0 0.98 Ni N.D. N.D. 0.20 106.0 0.59 Pb N.D. N.D. 0.20 100.5 2.07 Zn 0.063 0.315 0.20 96.0 1.09 注： N.D.表 示 未检出。 ■结论 有机电解液是锂离子电池的重要组成部分，电解液中杂质金属 元素 含量对于锂电池的性能和寿命有 着 重要影 响。使用岛津 ICPE-9820 型 电感耦合等离子体发射光谱仪对锂电池电解液样品中铝等杂质元素含量进行测定，该方法线性良好，测试准确度高(回收率95.5%~116%)，精密度好 (RSD<2.07%)，满足电解液 中 杂质元素 含量测定要求。 岛津应用云