ICP-OES法测定磷酸铁锂中锂铁磷的分析方法

白晓艳，马小利，张 超，唐海波，卢世刚

(北京有色金属研究总院，北京100088)

ICP-OES法测定磷酸铁锂中锂铁磷的分析方法

白晓艳，马小利，张 超，唐海波，卢世刚

(北京有色金属研究总院，北京100088)

研究建立电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法同时测定磷酸铁锂中三种主元素锂、铁、磷的分析方法。锂、铁、磷的相对标准偏差均小于0.5%。加标回收率：锂99.8%，铁97.7%，磷100.2%。该方法简单快捷，重复性好，准确性高，可以满足电池材料的快速检测需求。

磷酸铁锂；ICP-OES；分析方法；主元素

磷酸铁锂作为一种新型的锂离子电池正极材料，具有成本低、毒性小、理论容量高、循环寿命长等优势，在新能源领域具有广泛的应用前景。关于磷酸铁锂的文献报道大部分是合成方法或性能研究，分析方法方面的研究报道不多，而磷酸铁锂中锂、铁、磷三种主元素的准确定量对于合成工艺调整、产物性能研究和产品质量控制都有重要影响。在磷酸铁锂成分分析方法中，锂的分析可以采用原子吸收法[1]，铁和磷的测定一般采用化学法[2-3]，采用氧化还原滴定测定铁，采用重量法测定磷，但传统的化学法操作过程复杂、分析周期长。ICP具有灵敏度高、自吸效应小、线性范围宽等优点。谭立志等[4]报道了

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定磷酸铁锂中锂铁磷及掺杂元素的方法，但锂、铁、磷的测试结果还需要用标准溶液进行校正。本文通过ICP-OES法研究建立一种快速、准确的分析方法，无需校正可以同时测定磷酸铁锂中锂、铁、磷三种主元素的含量，并对该方法的精密度和加标回收情况进行了考察。

1 实验

1.1 仪器和试剂

仪器：美国安捷伦725全谱直读型电感耦合等离子体发射光谱仪。

试剂：盐酸(优级纯)；去离子水(一级)。

标准溶液贮存液：国家有色金属及电子材料分析测试中心生产的Li、Fe、P标准溶液(浓度为1 mg/mL)，测试时稀释使用。

1.2 实验

1.2.1 样品溶液准备与碳含量测定

首先选择不含碳的磷酸铁锂样品进行前处理实验，准确称取0.1 g(精确到0.000 1 g)样品于100 mL烧杯中，加入几种不同的酸，如表1所示。

表1 溶解样品实验

为了提高磷酸铁锂的电导率，通常会包覆少量的碳，当测试包覆碳的磷酸铁锂样品时，加入10 mL(1+1)盐酸，低温加热溶解。不溶解的部分是黑色的碳渣，溶液冷却后用定量滤纸进行过滤，并洗涤沉淀，定容后的滤液可以用于主元素的测试。

将过滤后的碳渣与滤纸一起在烘箱中150℃干燥，然后称重，扣除滤纸的质量，可以得到磷酸铁锂样品中碳的质量，从而计算磷酸铁锂样品的碳含量。该方法简单易行，不需要使用碳硫分析仪，直接测定样品中的碳含量。

1.2.2 仪器参数优化

锂、铁、磷三种元素在ICP中的挥发和解离的性质差异较大。锂为易挥发、易电离元素，铁为中等挥发、中等电离元素，而磷属于易挥发、难电离元素，因此三种元素不存在波长干扰。折中考虑三种元素的情况，对仪器的功率、雾化器流量和观测高度进行优化，最终确定的条件为：RF功率为950 W，雾化器流量为0.9 L/min，观测高度为10 mm。

2 结果与讨论

2.1 酸基体的影响

分别实验了HCl和HNO3为介质，不同浓度下谱线强度的变化情况。由于酸度太高对仪器有害，因此选择了2%、5%和10%三种浓度进行实验。结果表明随着酸度从2%增加到10%，Li、Fe、P三种元素的谱线强度都是逐渐降低。酸度相同的情况下，HCl介质的强度比HNO3介质强度高，因此选择2% HCl介质进行测试。

2.2 标准曲线

Li、Fe、P的测试采用标准曲线法，保持标准溶液的酸度与待测样品溶液酸度一致。在选定的仪器优化条件下，制作标准曲线如表2所示。

表2 标准曲线方程

2.3 精密度实验

选取两种磷酸铁锂样品，重复测定Li、Fe、P含量各6次，测定结果如表3所示。

表3 精密度实验

2.4 加标回收实验

为了验证测试结果的准确性，进行加标回收实验，在样品中分别加入一定量的Li、Fe、P标准溶液进行测试，由表4可以看出三种元素的回收率均较好，说明该方法的准确度高。

表4 加标回收实验

3 结论

本文建立了ICP-OES法定量测定磷酸铁锂样品中三种主元素含量的方法。采用盐酸溶解样品，将不溶解的碳进行过滤，样品经过一次前处理，可以先采用ICP-OES法测定三种主元素的含量，再通过重量法计算碳含量。通过实验优化了仪器参数，并选择合适的酸基体浓度。测试结果中锂、铁、磷的相对标准偏差均小于0.5%，回收率在97.7%～100.2%。该方法简单快速，可以满足产业化测试的需求，还可适用于磷酸铁锂焙烧前半成品的检验，对产品的一致性和稳定性起到监控作用。

[1]张玲，付大勇，李永坤.锂离子电池正极材料中高含量锂的测定[J].电池，2004，34(1)：73-74.

[2]王晓艳，王星，王玉锋.LiFePO4化学成分测定[J].电源技术，2006，30(9)：764-768.

[3]刘平，樊勇利.LiFePO4/C正极材料中铁、磷、碳含量的测定方法研究[C]//第28届全国化学与物理电源学术年会会议论文.广州：中国电子学会化学与物理电源技术分会，2009.

[4]谭立志，时振伟，王星.ICP-OES法快速测定LiFePO4中锂铁磷三元素及掺杂元素[J].电源技术，2010，34(10)：1080-1081.

Determination of three main elements in lithium iron phosphate by ICP-OES

BAI Xiao-yan,MA Xiao-li,ZHANG Chao,TANG Hai-bo,LU Shi-gang
(Beijing General Research Institute for Non-ferrous Metals,Beijing 100088,China)

An ICP-OES method for simultaneous analyzing three main elements of lithium iron phosphate was established.The RSD of lithium,iron and phosphor are all lower than 0.5%.The recoveries of lithium,iron and phosphor are 99.8%,97.7%and 100.2%,respectively.The method is simple and fast.The good repeatability and high accurate method can satisfy the quick determination demand of battery material.

lithium iron phosphate;ICP-OES;determination;main element

TM 912

A

1002-087 X(2015)08-1641-02

2015-01-12

白晓艳(1977—)，女，山西省人，博士，工程师，主要研究方向为电池材料分析检测。