CN110160857A - 一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法 - Google Patents

一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，包括以下步骤：将称取的0.1g磷酸铁锂试样于玻璃锥形瓶中，再加入2mL纯水和5 mL高氯酸，将其放在电加热板上从室温升温至215~225℃，保温继续加热至溶液冒烟，待溶液冒烟后，用纯水冲洗玻璃容器的内壁，将其再次加热至冒烟，反复此操作至少4次后，直至磷酸铁锂试样及其中的碳单质完全消解，即玻璃容器中的溶液澄清，得到消解液，本发明整个消解过程只使用高氯酸一种试剂，使磷酸铁锂样品能够简单高效、快速完全地消解，便于碳复合磷酸铁锂试样中锂、铁、磷含量的测定。

Description

一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法
技术领域
本发明属于化学分析技术领域，具体涉及一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法。
背景技术
磷酸铁锂是一种新型的锂电池正极材料，和传统的钴酸锂相比，具有毒性小，成本低、循环寿命长和安全性好等优点，近年来，随着新能源汽车行业的快速发展，磷酸铁锂已成为目前国内外锂电行业主要的产业化原料。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、产品性能研究和质量控制有重要意义；同时，杂质元素会影响电极材料的纯度，某些杂质元素，如铬、镍、锌等磁性金属单质会影响电池的自放电程度，对电池的电化学性能产生不利影响。因此，杂质元素含量测定也是评价磷酸铁锂性能评价的重要指标。
新能源汽车生产制造业的快速发展必然会对锂电池正极材料分析方法的时效性和准确性提出更高要求。目前，磷酸铁锂中锂、铁、磷三种主元素及杂质元素含量测定的标准化分析方法列于表1。由于对于不同元素选用不同的消解/分析方式，标准分析方法在实际生产科研中在时效性方面存在不足，为产品质量控制及性能研究提供数据会存在滞后性，与行业快速发展要求不匹配。
表1磷酸铁锂中主元素及杂质元素含量测定的标准化分析方法
已有报道的文献中，对于磷酸铁锂的测定多选用ICP-OES或AAS等仪器来提高效率，改善分析时效性，但在磷酸铁锂中含有约5％的石墨(碳单质)，已有报道的分析方法中样品消解方式多是用过/抽滤等物理分离方式，对试样中的石墨进行分离，在过滤、抽滤过程中，由于使用的过滤、抽滤装置或滤纸/滤膜型号差异，同时考虑到具体分析人员的经验及熟练程度不同，可能导致部分样品被包覆在碳单质中，将直接影响检测结果准确性。
因此，需要开发出一种操作便捷并且能完全消解碳包覆磷酸铁锂试样的方法，以减少试样消解环节引入的误差，同时满足现代分析仪器的检测要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，使磷酸铁锂样品能够简单高效、快速完全地消解，便于碳复合磷酸铁锂试样中锂、铁、磷含量的测定。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，包括以下步骤：
步骤一、称取0.1g磷酸铁锂试样于玻璃容器中，备用；
步骤二、向步骤一的玻璃容器中加入2mL纯水，将附着在玻璃容器内壁的试样完全冲洗至玻璃容器底部，再加入5mL高氯酸，将其放在电加热装置上加热至溶液冒烟；
步骤三、待溶液冒烟后，用纯水冲洗玻璃容器的内壁，将附着在玻璃容器内壁的试样/碳单质完全冲洗至玻璃容器底部，再次加热至冒烟，反复此操作至少4次后，直至磷酸铁锂试样及碳单质完全消解，即玻璃容器中的溶液澄清，得到消解液。
进一步的，对碳复合磷酸铁锂试样的元素成分进行检测，其检测方法包括以下步骤：
a、待玻璃容器中的溶液澄清后，从电加热装置上取下玻璃容器，冷却至室温，将消解液转移至100mL玻璃容量瓶中，定容，摇匀，配制成用于测定磷酸铁锂中杂质元素含量的试液A；
b、将步骤a得到的试液A按10:100进行稀释，配制成用于测定磷酸铁锂中锂、铁、磷含量的试液B，且使得试液B中保持5％的高氯酸体积比；
c、采用AAS、ICP-OES或ICP-MS，按照基体匹配法配置浓度梯度范围覆盖样品含量的标准溶液，对试液A和试液B进行测定。
进一步的，所述高氯酸作为消解酸。
进一步的，所述步骤二中采用电加热装置从室温升温至215～225℃，保温继续加热至溶液冒烟。
进一步的，步骤b中配制用于测定磷酸铁锂中锂、铁、磷含量的试液B的具体方法为：吸取10mL试液A至已加入2mL纯水和5mL高氯酸的100mL玻璃容量瓶中，稀释，定容。
本发明的有益效果在于：
本发明使用高氯酸对碳复合磷酸铁锂试样用直接加热的消解方式进行消解，使试样及其中的碳单质在高氯酸冒烟过程中被完全消解，整个消解过程只使用高氯酸一种试剂，避免使用过/抽滤等物理分离方式对试样中的石墨进行分离，本发明操作便捷、快速，使磷酸铁锂样品能够简单高效、快速完全地消解，以减少试样消解环节引入的误差，消解经稀释定容后可直接用于仪器分析，可以对磷酸铁锂试样中的杂质元素以及主成分元素进行快速准确的分析，为磷酸铁锂的生产、科研、应用和质量控制提供了可靠保障，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1是空白载玻片显微图20倍放大照；
图2是高纯水液滴显微图20倍放大照；
图3是第二次冒烟后试液液滴显微图30倍放大照；
图4是第四次冒烟后试液液滴显微图30倍放大照。
具体实施方式
下面结合附图根据具体实施例中的技术方案对本发明进行清楚、完整地描述。
实施例1：
一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，包括以下步骤：
准确称取2份0.10000g磷酸铁锂试样(即碳复合磷酸铁锂试样)置于玻璃容器即玻璃锥形瓶中，加入2mL纯水(将附着在玻璃容器内壁的试样完全冲洗至玻璃容器底部)和5mL高氯酸，轻摇使试样与酸充分混匀后，将玻璃锥形瓶放在电加热装置即电加热板上从室温升温至215～225℃，保温继续加热至溶液冒烟，可以观察到锥形瓶中碳单质开始分解，保持加热温度至试样溶液完全澄清后，用少量纯水冲洗玻璃锥形瓶的内壁，将附着在内壁的少量试样冲至底部，将其再次加热至冒烟，反复此操作至少4次后，直至磷酸铁锂试样中的碳单质完全消解，得到消解液，即玻璃锥形瓶内壁无样品附着且溶液澄清，将其从电加热板上取下玻璃锥形瓶，冷却至室温，分别转移至100mL玻璃容量瓶中，定容，摇匀，配制成用于测定磷酸铁锂中杂质元素含量的试液A；随同试样消解，配制试剂空白溶液KB，同时加热，冷却、转移和定容。
将上述试液A和空白溶液KB分别吸取10mL，转移至已加入2mL水和5mL高氯酸的100mL玻璃容量瓶中，加纯水稀释至刻度，定容后摇匀，得到试液B和空白溶液KB-B，可用于磷酸铁锂中锂、铁、磷含量的测定。
上述所用酸均为分析纯或优级纯。
为验证酸铁锂试样中的碳单质完全消解，取消解液液滴及高纯水滴于载玻片上，用三维视频显微镜(Keyence(基恩士)VHX-600)对其放大后观察，如附图所示，观察到空白载玻片及滴有高纯水的载玻片上无碳颗粒，而第二次冒烟后的消解液液滴放大30倍后，仍可见少量碳单质颗粒，但第四次冒烟后的消解液液滴放大30倍后，试液液滴完全澄清，无碳单质颗粒可见，说明消解完全，液滴中光斑为液滴及载玻片反射镜头光源所致，附图2、3、4中右下角标尺均为1mm。
实施例2：
对实施1消解后的溶液，分别进行8次独立的ICP-OES分析测定，对8次结果进行统计处理，计算相对标准偏差RSD，并以此对实施例1的样品消解后ICP-OES发测定的精密度进行评估。测定结果见表2。
表2试样消解液分析测定精密度
元素 RSD/
Li2.4 ％
Fe3 .5％
P 4.3％
Cr/Ni/Ti/Zn/K/Ca/Na/Mg 5.7％～8.2％
从表2中可以看出，主含量元素的RSD值均小于5％，杂质元素含量的RSD值小于10％，标明本发明方法消解效果良好，重现性好，精密度高。
实施例3：
对实施例1中的试样用所述消解方法消解后用ICP-OES测定，同时，使用GB/T30838-2014标准分析方法，对两种方法的分析结果进行对照，结果如表3。
表3分析检测结果对照表
从表3可以看出，使用本发明的消解方式对消解后的试样中主成分含量测定结果与GB/T 30838-2014基本一致，在GB/T 30838-2014要求的误差允许范围内，表明本发明消解方法与国标分析方法同样稳定可靠。且本发明方法操作简单易行，可实现磷酸铁锂中锂、铁、磷的同时测定，或多种杂质元素的同时测定，仅使用一种试剂，操作简便，分析效率大大提高，更符合现代分析测试技术对样品消解的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，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原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、称取0.1g磷酸铁锂试样于玻璃容器中，备用；
步骤二、向步骤一的玻璃容器中加入2mL纯水，将附着在玻璃容器内壁的试样完全冲洗至玻璃容器底部，再加入5 mL高氯酸，将其放在电加热装置上加热至溶液冒烟；
步骤三、待溶液冒烟后，用纯水冲洗玻璃容器的内壁，将附着在玻璃容器内壁的试样/碳单质完全冲洗至玻璃容器底部，再次加热至冒烟，反复此操作至少4次后，直至磷酸铁锂试样及碳单质完全消解，即玻璃容器中的溶液澄清，得到消解液。
2.根据权利要求1所述的一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，其特征在于：对碳复合磷酸铁锂试样的元素成分进行检测，其检测方法包括以下步骤：
a、待玻璃容器中的溶液澄清后，从电加热装置上取下玻璃容器，冷却至室温，将消解液转移至100 mL玻璃容量瓶中，定容，摇匀，配制成用于测定磷酸铁锂中杂质元素含量的试液A；
b、将步骤a得到的试液A按10:100进行稀释，配制成用于测定磷酸铁锂中锂、铁、磷含量的试液B，且使得试液B中保持5 %的高氯酸体积比；
c、采用AAS、ICP-OES或ICP-MS，按照基体匹配法配置浓度梯度范围覆盖样品含量的标准溶液，对试液A和试液B进行测定。
3.根据权利要求1所述的一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，其特征在于：所述高氯酸作为消解酸。
4.根据权利要求1所述的一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，其特征在于：所述步骤二中采用电加热装置从室温升温至215~225℃，保温继续加热至溶液冒烟。
5.根据权利要求2所述的一种碳复合磷酸铁锂试样消解方法，其特征在于：步骤b中配制用于测定磷酸铁锂中锂、铁、磷含量的试液B的具体方法为：吸取10mL试液A至已加入2mL纯水和5 mL高氯酸的100mL玻璃容量瓶中，稀释，定容。
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