Avio 200 ICP-OES测定固态电解质中主量元素含量

随着能源需求的不断增长和对可再生能源的日益重视，储能技术的发展已成为全球关注的焦点。锂离子电池作为一种高效的储能技术，在便携式电子设备、电动汽车和大规模储能系统等领域得到了广泛应用。然而，传统的锂离子电池采用有机液态电解质，存在着易燃、易爆、易泄漏等安全隐患，严重限制了其在高能量密度和高安全性应用场景中的发展。因此，开发具有高离子电导率、高稳定性和良好机械性能的固态电解质成为了当前锂离子电池研究的重要方向。

近年来，随着材料科学和纳米技术的不断发展，固态电解质的研究取得了显著进展。通过优化材料的组成、结构和制备工艺，以及采用复合、掺杂等方法，固态电解质的离子电导率、稳定性和机械性能得到了显著提高，为固态电池的实际应用奠定了基础。目前固态电解质主要有三大类，即无机固态电解质、有机固态电解质和复合固态电解质。早期的研究主要集中在有机聚合物固态电解质，如聚环氧乙烷（PEO）及其衍生物。PEO与锂盐复合形成的固态电解质具有一定的离子导电性，但其室温离子电导率较低（通常在10^-6 – 10^-4 S/cm范围内），限制了其实际应用。

20世纪90年代以来，无机固态电解质受到了广泛关注。无机固态电解质主要包括氧化物、硫化物和卤化物等类型。氧化物固态电解质具有较高的化学稳定性和机械强度，但其离子电导率相对较低。硫化物固态电解质具有较高的离子电导率（室温下可达10^-3 – 10^-2 S/cm），但化学稳定性和空气稳定性较差。卤化物固态电解质具有较高的离子电导率和良好的机械性能，但其合成条件较为苛刻，成本较高。固态电解质作为固态电池的核心部件，在很大程度上决定了固态电池的各项性能参数，如功率密度、安全性能、高低温性能以及使用寿命。

目前对固态电解质的性能要求及测试方法还没有统一的国家标准，T/SPSTS 019-2021团体标准中对无机氧化物固态电解质纯度要求≥99.9%。氧化物固态电解质通常还有大量锂（Li）、铝（Al）、锆（Zr）、钛（Ti）、镧（La）、磷（P）等元素。锂含量对氧化物固态电解质的离子电导率有显著影响。通常情况下，较高的锂含量有助于提高离子电导率，但过高的锂含量可能导致电解质的结构不稳定；在NASICON型固态电解质中，铝的替代可能会产生杂相，从而降低整体电解质的离子电导率，影响电池的倍率及循环等电化学性能；在LLZO型固态电解质中，锆和钛的比例会影响电解质的晶体结构和离子电导率。故需要对电解质中主量元素进行精准测定来监测主量元素的比例从而改善电池结构和性能。

Avio 200 ICP-OES及其平板等离子体系统

石墨消解仪

表1. 仪器参数

本实验中采用标准曲线法，对待测的每个元素各选取了1-2条谱线用于实验，结果发现，各个元素的线性相关系数R均大于0.9999，各元素选择谱线和相关系数如下表2所示。

表2. 14种元素线性相关系数

各元素校准曲线如下图（cps/s，mg/L）

图1. LLZTO样品各元素校准曲线（点击查看大图）

图2. LATP样品各元素校准曲线（点击查看大图）

采用湿法消解，每个样品5份平行样中主量元素测试结果及精密度如表3-1，3-2（精密度计算公式为五次独立测定结果的绝对差值/算术平均值 x100%）。

表3-1. LLZTO样品主量元素结果及精密度

表3-2. LATP样品主量元素结果及精密度

每个样品选取其中一个平行样测试7次计算相对标准偏差，如表4

表4. 两个样品主量元素重复性RSD