电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定镍钴锰酸锂中主元素含量

王 静

(北京当升材料科技股份有限公司 质量部，北京 100160)

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定镍钴锰酸锂中主元素含量

王 静

(北京当升材料科技股份有限公司 质量部，北京 100160)

建立了采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定锂电池正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2中Ni、Co、Mn元素含量的方法。通过调整观测方向，选用合适稀释倍数，采用对应元素次灵敏线对高含量Ni、Co、Mn元素进行测定，结果表明，方法具有很高的准确度和精密度，加标回收率为97.4%～103%，相对标准偏差<1%，适用于工业化生产中的质量分析。

电感耦合等离子体发射光谱仪；锂电池正极材料；Ni；Co；Mn

0 引言

三元材料作为新一代的锂电池正极材料，其研究开始于2001年，日本学者T.Ohzuku和加拿大学者J.Dahn[1]合作研究了利用共沉淀技术制备过渡金属的氢氧化物前驱体，然后在高温(900～1 000 ℃)下烧结，合成出具有优异电化学性能的锂离子电池三元材料。到2011年三元材料在正极材料的市场份额上升到47%，之后虽受钴价下跌和高电压钴酸锂出现的影响，市场份额有所波动，但2013年三元材料产量占整个正极材料市场份额的49%，且随着电动车为代表的动力电池的发展，其市场份额应会越来越高。

三元材料在容量与安全性方面比较均衡，循环性能好于正常钴酸锂，随着三元材料中Ni含量的增加，其放电比容量由160 mA·h/g增加到200 mA·h/g[2]。说明三元材料中Ni、Co、Mn相对含量的变化，对材料的晶体结构、电池的容量有很大影响。因此，如何准确而高效地测定Ni、Co、Mn含量，对于研究和生产三元材料非常重要。

传统的测定方法为三种元素单独测定，Ni采用重量法，钴采用电位滴定法，锰采用氧化还原滴定法[3]，其操作方法繁杂，测定可靠性易受操作波动影响，测定周期过长。而使用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法通过一次样品处理同时测定三种元素含量，消除了制样的差异，降低了操作波动对测定结果的影响，提高了测定可靠性；更重要的是测定简化，测定周期明显缩短，非常适合用于三元材料的研究和工业化生产控制[4-6]。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

Optima_7000DV型ICP-OES(美国PE公司)。

盐酸(分析纯)、硝酸(BV Ⅲ级)、超纯水(18 MΩ·cm)。

1.2 仪器参数

ICP-OES仪器的最优参数详见表1。

表1 ICP-OES实验参数

1.3 样品制备

称取0.83～0.84 g(精确至0.000 1 g)样品，放入100 mL的烧杯中加入6 mL HCl和2 mL HNO3，盖上表面皿，于电热板加热溶解至烧杯溶液约2 mL，取下冷却至室温后用稀硝酸定容至250 mL容量瓶中，摇匀，待测。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

根据分析线的选取原则，ICP-OES法测定Ni、Co、Mn元素的常用谱线详见表2。根据实验参数的最优原则，最终选取Ni、Co、Mn三元素的分析谱线分别为：Ni 227.022 nm；Mn 294.920 nm；Co 228.616 nm。

表2 Ni、Co、Mn的常用分析谱线

2.2 样品浓度的选择

对样品稀释不同倍数，验证不同浓度的样品对测定结果的影响，测定结果详见表3。

表3 不同浓度样品测定结果

从表3可以看出，样品溶液稀释10 000倍时，测定结果的相对标准偏差RSD最小，所以选择样品稀释10 000倍作为测定条件。

2.3 精密度实验

称取同一样品10份，分别按照前述处理和测定，计算相对标准偏差，结果见表4。表4可知，测定的相对标准偏差(RSD)小于1 %，说明方法精密度良好。

表4 精密度实验

2.4 准确度实验

取上述制备的样品49 mL，在其中分别加入100 mg/L的Ni、Co、Mn标准溶液各1 mL，样品的加标回收率为97.4%～103%，方法具有较好的准确度，结果见表5。

表5 加标回收率

3 结语

通过选择合适的观测方向，选择合适的雾化器、雾室，选择Ni、Co、Mn的测定谱线，确定适宜的样品浓度，确定了ICP-OES法测定镍钴锰酸锂中主元素含量的方法，方法具有良好的精密度和准确性。方法简便，极大地方便了三元材料研发时的性能验证，也极大地方便了工业化生产中产品质量的控制。

[1] Moshtev R, Zlatilova P, Vasilev S,et al.Synthesis XRD characterization and electrochemical permance of overlithiated LiNiO2[J].Power Sources,1999,81:434-441.

[2] 王伟东,仇卫华,丁倩倩,等.锂离子电池三元材料-工艺技术及生产应用[M].北京:化学工业出版社,2015:103.

[3] 徐金玲.锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂中镍、钴、锰含量测定[J].矿冶工程(MiningandMetallurgicalEngineering),2013,33(2):120.

[4] 刘春峰,章连香.氯化银比浊法测定镍钴锰三元素氢氧化物中氯离子[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2014,4(4):4-6.

[5] 刘春峰.离子色谱法测定镍钴锰氢氧化物中硫酸根离子含量[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(增刊1):29-30.

[6] 冯先进.电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定镍钴锰三元氢氧化物中铅[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(4):35-37.

Determination of Major Elements in Li-ion Battery Cathode Materials LiNi1-x-yCoxMnyO2by ICP-OES

WANG Jing

(BeijingEaspringMaterialTechnologyCO.，LTD.TheQualityDepartment,Beijing100070,China)

Determination of Ni, Co and Mn elements in Li-ion battery cathode materials LiNi1-x-yCoxMnyO2was studied by ICP-OES. Analytical conditions were investigated and optimized through adjusting the direction of observation, choosing appropriate dilution multiple and adopting the secondary sensitive wavelengths of Ni, Co and Mn for the determination of corresponding elements with high contents The results showed that the method has good accuracy and precision with 97.4%～103.0% recovery. The relative standard deviation (RSD) was below 1%. The method is suitable for the determination of Ni, Co and Mn in industrial production for quality analysis.

ICP-OES; lithium battery cathode material; Ni; Co; Mn

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.01.012

2015-09-22

2015-12-04

王静，男，工程师，主要从事化学分析技术研究。E-mail:ysuwj@163.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)01-0045-03