微波消解？电热板消解？碳包覆正极材料如何高效准确测定

‍‍‍‍‍‍‍‍近日，《锂离子电池材料中锂含量的测定》标准征求意见稿第二版公开征询意见。该项标准的更新，增加了锂电池正极材料的检测分析方法。其中，前处理方法细化了微波消解过程，为锂电池材料前处理提供更多选择。‍‍‍‍锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂等。正极材料元素分析前处理方法主要分为两种：电热板消解法和微波消解法。本文针对常见的正极材料，分别选择不同的前处理方法，用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定，比较不同前‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍处理方法对‍‍‍‍主量元素及杂质元素检测的影响。样品前处理碳包覆正极样品超级微波法采用硝酸，盐酸，和高氯酸混酸消解，电热板方法采用稀盐酸消解。镍钴锰酸锂和钴酸锂样品超级微波法采用浓盐酸消解，电热板方法采用稀盐酸消解。电热板消解参考YS/T 1‍‍‍‍‍‍028.5-2015。样品消解实验仪器EXPEC 790S  超级微波消解系统 消解程序‍‍‍‍消解效果碳包覆正极样品消解‍‍‍碳包覆正极-电热板消解    碳包覆正极-超级微波消解微‍‍‍‍波消解碳负载的正极材料，消解后完全澄清透明。而使用电热板进行消解的样品则有大量的碳颗粒沉淀。镍钴锰酸锂和钴酸锂样品消解‍‍‍‍▲ 超级微波消解（左）  电热板消解（右）微波消解和电热板消解均可以完全消解没有碳负载的镍钴锰酸锂和钴酸锂样品，消解后的溶液澄清透明。‍‍‍‍‍‍实验结果实验仪器EXPEC 6500D  ICP-OES ‍‍‍‍方法验证对比‍‍‍‍上图可以看出，超级微波消解方法相较于常规微波方法有更低的检出限。这主要是由于前者比后者用酸量减少了90％，试剂空白的背景值更低，有利于获得更好的分析灵敏度和检出能力。检测结果对比碳包覆正‍‍极样品测试结果(单位: mg/kg n=6)‍‍对于碳包覆类正极材料，相比于加热板消解消解方法，超级微波消解可以完全消解样品：1、消耗的酸量更少（超级微波仅需3mL盐酸+1mL硝酸+1mL高氯酸，电热板需要20mL（1+1）的盐酸）；2、超级微波消解后无需过滤，可定容后直接上机测试，而加热板消解后有大量残渣，消解不彻底，需过滤；3、加热板消解不彻底导致其测试结果偏低，对于主要元素Li偏低3.42%，Mn偏低0.92%。镍钴锰酸锂样品测试结果(单位: mg/kg n=6)钴酸锂样品测试结果(单位: mg/kg  n=6)对于镍钴锰酸锂和钴酸锂样品，加热板和超级微波均能将样品消解彻底，两种方法测试结果基本一致，但是超级微波消耗的酸量更少（超级微波仅需2mL盐酸，电热板需要20mL（1+1）的盐酸）。实验结论 使用微波进行消解，由于试剂加入的更少，因此方法检出限比电热板消解法更好；对于有碳负载的材料，微波消解可以将碳彻‍‍‍‍底消解，并且得到一个更加准确的结果；对于没有碳负载的材料，使用电热板消解和微波消解两个的结果几乎没有差异。综上所述，微波消解法相对电热板消解法更加高效、准确。谱育科技超级微波消解系统，消解过程简便、安全，使用简便、高效，成本更低，可有效助力锂电池材料相关检测。‍‍‍‍