CN103712974B - 一种对锂电池隔膜处理并同时测定所含金属元素的方法 - Google Patents
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Abstract
用微波消解仪对锂离子电池隔膜进行处理，再采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP?AES)同时测定锂电池隔膜中Zn、Pb、Cd、Mn、Fe、Mg、Ca、Cu、Na9种金属元素。结果显示：不同锂电池隔膜中各金属元素含量存在差异。Ca和Na在两种锂电池隔膜中含量最高，Mg和Fe含量次之，Cu和Zn含量最少，Mn、Cd、和Pb未被检出。在最佳的仪器工作条件下，各待测元素的相关系数为0.999965?0.999998，相对标准偏差(RSD)为0.25％?1.56％。对样品进行加标回收试验，回收率在94.3％?108.3％之间。采用微波消解技术和ICP?AES技术相结合的方法检测待测样品中金属元素具有简单、快捷、环境污染小，测定结果精密度和准确度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及对锂电池隔膜进行处理并同时测定锂电池隔膜中金属元素的方法。
背景技术
锂电池与传统的二次电池如镍氢电池、铅酸电池以及镍镉电池等相比较，由于具有能量密度高、充放电循环使用性能等显著特点，在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。目前市场化的锂离子电池隔膜多数是聚烯烃隔膜，以聚乙烯、聚丙烯为主，包括单层PE、单层PP、三层PP/PE/PP复合膜。
锂电池隔膜中金属元素的含量影响锂电池隔膜的性能，然而隔膜的性能又决定电池的界面结构、内阻等，直接影响到电池的循环、容量以及安全性能等多方面的特性，性能优异的锂电池隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。研究发现，未见对锂电池隔膜中金属元素的测定方法的相关报道。因此，如何快速准确地测定锂电池隔膜材料中的金属元素至关重要。目前测定金属元素的方法有原子吸收法，原子发射法，原子荧光法等，其中电感耦合等离子原子发射光谱法具有多元素同时分析，线性范围广，灵敏度高等特点。
常微量元素分析时样品的处理通常采用传统的湿法消化处理样品，该法存在着污染环境、耗时费力等缺点。近年来，随着高压消解罐的研制成功，利用微波增温、增压消解样品是对经典化学预处理技术的重大改进，其显著特点是热损耗少、能量利用率高，消解能力强，样品分解彻底，试剂用量少，空白值低。
发明内容
本发明的目的是提供了一种对锂电池隔膜进行处理并同时测定锂电池隔膜中金属元素的方法。
本发明的技术方案为：首先用微波消解仪对锂离子电池隔膜进行处理，包括锂电池隔膜消解溶液的选择和微波消解条件优化。再采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定锂电池隔膜中Zn、Pb、Cd、Mn、Fe、Mg、Ca、Cu、Na9种金属元素，包括ICP-OES仪器条件优化和检测结果精密度和准确度分析。
具体步骤如下：
(1)消解溶液的选择和微波消解条件优化
准确称取0.3g锂电池隔膜样品，加入微波消化罐中，再向消化罐中各加入12mL浓硝酸和2mL过氧化氢，用优化的微波消解仪条件消解样品，待消化完全后，将消化液转移至烧杯中，在160℃的电热板上加热赶酸，直至溶液澄清透亮近干，转移到25mL容量瓶中，并用3％的稀硝酸定容。
(2)ICP-OES仪器条件优化
选择Zn(213.857nm)、Pb(220.353nm)、Cd(228.802nm)、Mn(257.610nm)、Fe(259.939nm)、Mg(285.213nm)、Ca(317.933nm)、Cu(324.752nm)、Na(589.592nm)待测元素的最佳分析波长，在ICP-AES冷却气流量为15L/min，雾化气流量为0.6L/min，辅助气流量为0.2L/min，射频功率为1300W，进样量为1.5mL/min最佳仪器条件下对消解溶液进行检测。
(3)结果精密度和准确度分析
在消解样品溶液中加入不同检测元素的标准溶液，在同样的ICP-AES优化条件下对样品进行加标回收实验，该方法所测元素回收率均在94.3％-108.3％范围内，证明该方法准确度高。并对该加标样品溶液中检测元素进行精密度分析，每种元素连续检测6次，相对标准偏差在0.25％-1.56％之间，证明该方法精密度好。
本发明用微波消解仪对锂离子电池隔膜进行处理，再采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定锂电池隔膜中多种金属元素，比一般湿法消解能力强，样品分解彻底，试剂用量少，环境污染小。和原子吸收光谱相比，可以同时对样品中多种金属元素分析检测，为锂电池隔膜中金属元素分析提供了一种较好样品处理和检测方法。
具体实施方式
以下结合实施例进一步描述本发明。应该指出，本发明并非局限于下述实施例。
实施例
(1)样品的溶解
粉末样品一般采用酸溶液进行溶解，常用的酸为硝酸、盐酸，而磷酸、硫酸由于其粘度大，必然会影响雾化效率所以通常很少使用，本试验分别采用了3种不同的样品处理方法：首先采用12mL浓HCl进行试样；其次采用12mL浓HNO3进行试验；最后采用12mL浓HNO3和2mL过氧化氢进行试验。结果表明，单独用浓HCl或者单独用浓HNO3溶解待测试样，待测样品溶解不完全，有微小的颗粒或者悬浮物，然而使用12mL浓HNO3和2mL过氧化氢，溶解结束后，溶解液透明、无沉淀，待测样品溶解完全。在溶样过程中，还需要注意控制好加热的时间和温度，温度过高或者加热时间短都不利待测于样品的充分溶解，而且还容易造成样品的损失。在待测样品的处理过程中还必须要防止元素被沾污，尤其是钠、钙元素，沾污主要来源于容器、试剂、器皿和周围环境，操作时应特别认真仔细，减少沾污，这对于保持分析结果的准确度和精密度至关重要。
(2)微波消解条件的优化
表1微波消解仪工作参数
通过实验考察了微波消解运行功率、升温时间、运行温度、运行时间等多方面因素的影响，并且确定了微波消解的最佳程序。
(3)ICP-AES法所测9种元素的线性方程及相关系数
表2方法的曲线方程和相关系数
根据样品中各元素的浓度范围配置适宜的标准溶液系列。将标准储备液用3％的硝酸逐级稀释，Zn、Pb、Cd、Mn、Fe、Mg、Ca、Cu、Na等混合标准液按0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00μg/mL梯度进行配制，在最佳ICP-OES仪器优化条件下绘制标准曲线和相关系数。由上表中数据可以看出，各种待测元素的线性系数在0.999965-0.999998之间。因此，可以得出该标准曲线的线性是良好的。
(4)回收率和精密度实验
表3样品回收率和精密度实验结果(mg/kg)(n＝6)
由上表可以看出，该方法所测元素回收率均在94.3％-108.3％范围内，证明该方法准确度高。相对标准偏差(RSD)在0.25％-1.56％之间，证明该方法精密度好。说明该方法能够对锂电池隔膜进行可靠分析。
(5)样品测定
表4样品测定结果(mg/kg)(n＝3)
注：“-”表示未检出。
采用微波消解法对两种不同类型的锂电池隔膜进行处理，然后再采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定锂电池隔膜中金属元素的含量。由上表中可以看出：不同待测样品中各金属元素含量存在差异。该研究结果为以后对锂电池隔膜的进一步研究提供了良好的基础。
以上实施例描述了本发明的样品微波消解和ICP-AES仪器最佳测定条件、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的测定条件、主要特征及优点，在不脱离本发明的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (1)
1.一种对锂电池隔膜进行处理并同时测定锂电池隔膜中金属元素的方法，包括锂电池隔膜消解溶液的选择和微波消解条件优化、ICP-OES仪器条件优化和检测结果精密度和准确度分析，其特征在于：步骤为：
(1)准确称取0.3g锂电池隔膜样品，加入微波消化罐中，再向消化罐中各加入12mL浓硝酸和2mL过氧化氢，用优化的微波消解仪条件消解样品，待消化完全后，将消化液转移至烧杯中，在160℃的电热板上加热赶酸，直至溶液澄清透亮近干，转移到25mL容量瓶中，并用3％的稀硝酸定容；
(2)选择Zn的最佳分析波长为213.857nm、Pb的最佳分析波长为220.353nm、Cd的最佳分析波长为228.802nm、Mn的最佳分析波长为257.610nm、Fe的最佳分析波长为259.939nm、Mg的最佳分析波长为285.213nm、Ca的最佳分析波长为317.933nm、Cu的最佳分析波长为324.752nm、Na的最佳分析波长为589.592nm，在ICP-AES冷却气流量为15L/min，雾化气流量为0.6L/min，辅助气流量为0.2L/min，射频功率为1300W，进样量为1.5mL/min最佳仪器条件下对消解溶液进行检测；
(3)在消解样品溶液中加入不同检测元素的标准溶液，在同样的ICP-AES优化条件下对样品进行加标回收实验，该方法所测元素回收率均在94.3％-108.3％范围内，证明该方法准确度高，并对该加标样品溶液中检测元素进行精密度分析，每种元素连续检测6次，相对标准偏差在0.25％-1.56％之间，证明该方法精密度好。
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