CN105372229A

CN105372229A - 一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法

Info

Publication number: CN105372229A
Application number: CN201410428603.1A
Authority: CN
Inventors: 白晓艳; 马小利; 刘美子; 张超; 唐海波; 卢世刚
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-03-02

Abstract

本发明公开了一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法，包括步骤：(1)样品前处理：将待测样品用酸消解，转移定容，静置，待溶液分层后吸取中间澄清的部分作为待测液；(2)绘制标准曲线：根据待测主元素的种类配制一系列混合标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测试，绘制标准曲线；(3)主元素含量的测定：应用电感耦合等离子发射光谱仪，对待测溶液中主元素的含量进行测定。本发明的前处理过程简单、分析结果准确，可快速、准确、定量的测定碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量，为提高磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的产品质量和控制中间工艺过程提供了可靠保障。

Description

一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法

技术领域

本发明涉及一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点备受关注，应用领域广泛，从手机、笔记本电脑等便携式电子产品到电动自行车、电动汽车等大型交通工具都离不开锂离子电池。磷酸铁锂作为锂离子电池的一种新型正极材料，具有安全性高、寿命长等优势，已经进入产业化应用阶段。锂、铁、磷元素含量的检测不仅是磷酸铁锂材料质量的关键指标，而且对于生产工艺的调整也有重要的指导作用，而磷酸铁锂正极材料的相关检测方法目前还没有统一的标准。文献中铁和磷的分析方法大多是传统的化学法，程序繁琐，检测周期长不能满足大批量样品分析的需要。而电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)具有灵敏度高，线性范围宽，自吸效应小等优势，可以高效、快速地完成锂、铁、磷三种主含量元素的同时检测。

材料的前处理占用整个分析过程三分之二的时间，因此优化前处理步骤，避免产生误差，对于缩短分析周期，满足产业化测试需求具有重要作用。在使用ICP-OES法测定锂、铁、锰、磷含量的方法中，目前普遍采用的前处理方式主要是湿法消解。一般磷酸铁锂或磷酸锰铁锂电极材料都会进行包覆碳的改性处理来改善材料的电导率，但碳不溶于一般的酸。因此一种前处理方法是加入高氯酸使碳氧化分解，但高氯酸遇有机物容易爆炸，需要操作人员小心处理，而且高氯酸对仪器有害，样品溶解完以后还需要赶酸；另一种前处理方法是先加入盐酸，溶解后冷却，然后进行过滤和洗涤，过滤得到的滤液再进行定容。这样不仅增加了过滤的步骤，而且碳渣被过滤出去没有参与定容，会引入系统误差。

发明内容

针对目前现有检测方法存在的操作步骤多、容易引起误差等不足，本发明的目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法。该方法操作简便、分析效率高、可靠性高、便于实施。

为实现上述目的，本发明通采用以下技术方案：

一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法，包括以下步骤：

(1)样品前处理：将待测样品用酸消解，转移定容，静置，待溶液分层后吸取中间澄清的部分作为待测液；

(2)绘制标准曲线：根据待测主元素的种类配制含有锂、铁、锰、磷的一系列标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测试，以元素浓度为横坐标、发射强度为纵坐标绘制标准曲线；

(3)主元素含量的测定：应用电感耦合等离子发射光谱仪，对待测溶液中主元素的含量进行测定。

所述主元素为碳包覆磷酸铁锂中的锂、铁、磷，或碳包覆磷酸锰铁锂中的锂、铁、锰、磷。

所述步骤(1)中消解待测样品的酸为盐酸、硝酸、王水、或盐酸与硝酸的混合酸。

所述酸的浓度为3-16mol/L，用酸消解待测样品的温度为100-300℃，消解时间为15～20min。

所述步骤(2)中，配制含有待测主元素的一系列标准溶液，是以0为起点，在5-100μg/mL范围内，含有3-5个待测主元素的系列标准溶液浓度间隔。

本发明的优点在于：

本发明采用的前处理方法减少了现有技术中的前处理步骤，使用耗材少，消耗酸量少，操作简单易行，没有危险性，节能环保；本发明在前处理过程中利用溶液自动分层的现象，避免了过滤过程引入的测试误差，提高了测试准确性。

本发明的采用ICP-OES法测定，分析速度快、准确度高、精密度好、可靠性高、多元素同时测定，减少了工作量，提高了测试效率，可以快速、准确、定量的测定碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量，为提高磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的产品质量和控制中间工艺过程提供了可靠保障。

具体实施方式

本发明采用ICP-OES法同时测定碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法，包含以下的步骤：

1、样品前处理：将待测样品用6mol/L的酸，在电热板上加热20min左右，取下冷却，用水洗涤烧杯和表面皿，转移定容，摇匀后静置，溶液分层后吸取中间澄清的部分作为待测液；

2、标准系列溶液配制：配制3个锂、铁、锰、磷系列混合标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测试，以元素浓度为横坐标、发射强度为纵坐标绘制标准曲线；

3、应用电感耦合等离子发射光谱仪测定锂、铁、磷的含量，优选的分析条件为：RF功率为1KW，冷却气流量15L/min，辅助气流量为1.6L/min，雾化器流量0.8L/min，测量积分时间5s。

通过对比实验考察前处理方式对测试结果的影响，选择一种碳包覆磷酸铁锂样品，称取相同质量的样品至烧杯中，分别通过三种方式进行前处理，然后利用ICP-OES测定主元素含量。实验1为加入5mL高氯酸(浓度为12mol/L)，加热至200℃，白烟冒尽后样品完全消解，变为澄清透明的溶液，转移定容后摇匀待测；实验2采用本发明的前处理方法，加入10mL盐酸(浓度为6mol/L)，加热至150℃，20分钟后溶液中仍有未溶解的碳，转移定容，静置分层后吸取澄清液作为待测液；实验3为加入10mL盐酸(浓度为6mol/L)，前处理温度和时间与实验2相同，然后过滤未溶解的碳，将滤液进行定容，摇匀后待测。利用ICP-OES进行测定，测试结果如下表：

表1前处理对比实验结果

前处理方式	Fe/％	Li/％	P/％
				实验1	35.77	4.54	19.64
实验2	35.17	4.58	19.54
				实验3	34.30	4.47	19.20

结果表明，实验1与实验2的测试结果基本接近，而实验3得到的结果明显偏低。通过对比实验可以发现：本发明的前处理与现有技术中使用高氯酸的方法相比，具有安全简便的优点；与现有技术中先过滤再定容的方法相比，消除了过滤产生的系统误差，测试准确度更高。因此本发明的前处理方法既简化了前处理的步骤，又不影响结果的准确性。

实施例1

碳包覆磷酸铁锂中锂、铁、磷的检测，分析步骤如下：

1、样品前处理

称取待测磷酸铁锂试样0.1000g于100mL烧杯中，加入20mL(1+1)盐酸，盖上表面皿，加热溶解15min左右。冷却至室温，小心冲洗杯壁和表面皿，将试液转移定容于250mL容量瓶中，摇匀后静置，溶液分层后吸取一部分澄清透明的溶液作为待测液；

2、标准曲线的绘制：

配制锂、铁、磷系列混合标准溶液，利用ICP-OES进行测试，以元素浓度为横坐标、发射强度为纵坐标绘制标准曲线，得到标准曲线线性方程和相关系数见表2。

表2锂、铁、磷元素线性方程和线性系数

待测元素	线性方程	线性系数
			Li	y＝6986.8x+2.4	0.9999
Fe	y＝831.9x+216.4	0.9999
			P	y＝41.3x+10.9	0.9998

3、在优化仪器参数条件下进行测定

仪器预热半小时后，打开分析控制软件，建立分析方法，仪器测试条件为：功率为1KW，冷却气流量为15L/min，辅助气流量为1.6L/min，雾化器流量为0.8L/min，测量积分时间为5s。测定锂、铁、磷元素的含量，并进行加标回收试验，测定其回收率，每个浓度分析6个平行样，加标量、回收率和变异系数计算结果如表3。所示。

表3测定结果和加标回收结果

被测元素	测定结果(％)	加标量(％)	回收率(％)	RSD(％)
					Li	3.60	3.60	100.0	0.45
Fe	31.66	32.00	98.9	0.58
					P	20.13	20.00	100.6	0.28

由表3可知，回收率在98.9％-100.6％，相对标准偏差为0.28％-0.58％，满足测试要求。

实施例2

碳包覆磷酸锰铁锂中锂、铁、锰、磷的检测，分析步骤如下：

1、样品前处理

称取待测磷酸铁锂试样0.1001g于100mL烧杯中，加入20mL(1+1)硝酸，盖上表面皿，加热溶解20min左右。冷却至室温，小心冲洗杯壁和表面皿，将试液转移定容于500mL容量瓶中，摇匀后静置，溶液分层后吸取一部分澄清透明的溶液作为待测液；

2、标准曲线的绘制：

配制锂、铁、锰、磷系列混合标准溶液，利用ICP-OES进行测试，以元素浓度为横坐标、发射强度为纵坐标绘制标准曲线，得到标准曲线线性方程和相关系数见表4。

表4锂、铁、锰、磷元素线性方程和线性系数

待测元素	线性方程	线性系数
			Li	y＝5553.4x-147.4	0.9998
Fe	y＝165.7x-11.2	0.9999
			Mn	y＝334.1x-80.8	0.9998
P	y＝33.9x-0.1	0.9999

3、在优化仪器参数条件下进行测定

仪器预热半小时后，打开分析控制软件，建立分析方法，仪器测试条件为：功率为1KW，冷却气流量15L/min，辅助气流量1.6L/min，雾化器流量0.8L/min，测量积分时间5s。测定锂、铁、锰、磷元素的含量，并进行加标回收试验，测定其回收率，每个浓度分析6个平行样，加标量、回收率和变异系数计算结果如表5。所示。

表5测定结果和加标回收结果

被测元素	测定结果(％)	加标量(％)	回收率(％)	RSD(％)
					Li	3.92	3.99	98.2	0.25
Fe	16.68	15.20	109.7	0.46
					Mn	13.59	14.46	94.0	0.55
P	16.13	16.03	100.6	0.39

由表5可知，回收率在98.2％-109.7％，相对标准偏差为0.25％-0.55％，满足测试要求。

综上所述，本发明应用ICP-OES测定碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素的检测方法，具有处理过程简单、精密度好、准确高、快速高效等优势，能满足磷酸铁锂和磷酸锰铁锂中主元素的分析需求，为提供磷酸铁锂的产品质量和控制中间工艺过程提供了可靠保障。

Claims

1.一种碳包覆磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中主元素含量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)绘制标准曲线：配制含有待测主元素的一系列标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测试，绘制标准曲线；

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述主元素为碳包覆磷酸铁锂中的锂、铁、磷，或碳包覆磷酸锰铁锂中的锂、铁、锰、磷。

3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中消解待测样品的酸为盐酸、硝酸、王水、或盐酸与硝酸的混合酸。

4.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述酸的浓度为3-16mol/L。

5.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中消解温度为100-300℃，消解时间为15～20min。

6.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，配制含有待测主元素的一系列标准溶液，是以0为起点，在5-100μg/mL范围内，含有3-5个待测主元素的系列标准溶液浓度间隔。