微波等离子体原子发射光谱测定Li4Ti5O12中的金属杂质元素

摘要

尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料在充放电过程中电压高,体积变化可以忽略,具有极好的循环寿命、热稳定性和安全性,Li4 Ti5 O12中金属杂质元素的迁移以及沉积都是已知的有害降解效应,尤其是磁性金属杂质元素的存在会导致材料的自放电,同时可能造成电池内部的微短路,进而影响电池的安全性能和循环寿命.该研究提出了采用微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)测定Li4 Ti5O12中金属杂质元素的新方法.采用王水溶液为消解试剂对Li4 Ti5 O12样品进行微波消解,样品溶液无需过滤,直接采用MP-AES测定其中的金属杂质元素Mn,Na,Pb,Ni,Cr,Zn,K,Fe,Al,Mg,Cu,Ca,Co和Cd.选择波长Mn 403.076 nm,Na 589.592 nm,Pb 405.781 nm,Ni 352.454 nm,Cr 425.433 nm,Zn 213.857 nm,K 766.491 nm,Fe 371.993 nm,Al 396.152 nm,Mg 285.213 nm,Cu 324.754 nm,Ca 393.366 nm,Co 340.512 nm和Cd 228.802 nm为分析谱线,结合快速线性干扰校正(FLIC)技术,不仅校正了谱线重叠干扰,而且还校正了所有分析元素的背景干扰.加入CsNO3为电离抑制剂,校正了易电离Li基质产生的电离干扰.选择Y为内标元素,校正了分析信号强度的不稳定和基体效应.方法的检出限(MDL)为0.03～0.77μg·g-1,线性相关系数≥0.9993,加标回收率为96.4％ ～103％,相对标准偏差(RSD)≤3.89％,采用所建立的分析方法对实际样品进行分析,并与国标法(GB/T 30836—2014)进行对比分析,经t检验法统计分析表明,在95％ 的置信度水平,除元素Zn以外,其余元素的测定结果与国标法无显著性差异,进一步验证了方法的准确性好.使用氮气为等离子体气体的M P-A ES与使用氩气为等离子体气体的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)相比较,可以显著降低运行成本,与使用可燃气体和氧化性气体的原子吸收光谱(AAS)相比较,安全性更高,稳定性更好.该方法操作简单、分析成本低、准确性高、精密度好,为Li4 Ti5 O12中多种金属杂质元素的高通量测定提供了新方法.