鋰離子電池憑借重量輕、能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，在消費(fèi)電子、新能源汽車及儲能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。正極材料作為鋰電池的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響電池的能量密度、安全性和使用壽命，成本占電池總成本的40%左右。在眾多正極材料中，層狀鎳鈷錳酸鋰（三元材料）因比容量高、成本適中、循環(huán)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為動力電池領(lǐng)域的主流正極材料之一。
三元材料的電化學(xué)性能不僅取決于鎳、鈷、錳三種主元素的比例，還受到雜質(zhì)元素的顯著影響。材料生產(chǎn)過程中，為實(shí)現(xiàn)材料改性會有意添加部分元素，但鈉、鎂、鐵、鈣、鋁、鉻等雜質(zhì)的存在可能影響電池的使用性能和循環(huán)壽命。因此，準(zhǔn)確測定鎳鈷錳酸鋰中主量元素與雜質(zhì)元素的含量，對電池產(chǎn)品質(zhì)量控制具有重要意義。
方法原理與優(yōu)勢
電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）是以電感耦合等離子體為激發(fā)光源的光譜分析技術(shù)。樣品經(jīng)消解處理后以溶液形式引入等離子體，在高溫條件下原子被激發(fā)并發(fā)射特征光譜，通過檢測特征譜線強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。
相較于傳統(tǒng)分析方法，ICP-OES技術(shù)具有以下優(yōu)勢：其一，多元素同時測定，一次進(jìn)樣可完成多種主量元素和雜質(zhì)元素的檢測，顯著提高分析效率；其二，線性動態(tài)范圍寬，可兼顧主量成分（百分含量級）與微量雜質(zhì)（ppm級）的同時測定；其三，靈敏度和精密度較高，能夠滿足鎳鈷錳酸鋰中痕量雜質(zhì)的檢測需求。
ICP光譜儀檢測電池材料
實(shí)驗(yàn)方案
樣品前處理。采用酸消解方法處理鎳鈷錳酸鋰樣品。通常稱取0.1-0.3g樣品于消解罐中，加入適量鹽酸-硝酸混合酸（王水），在電熱板上加熱消解至溶液澄清透明。冷卻后用超純水定容。由于主量元素與雜質(zhì)元素濃度差異顯著，通常采用不同稀釋倍數(shù)的溶液分別進(jìn)行主量和雜質(zhì)測定，以避免濃度過高導(dǎo)致檢測器飽和或基體效應(yīng)。
儀器條件設(shè)置。針對鎳鈷錳酸鋰基體復(fù)雜、鹽分較高的特點(diǎn)，儀器參數(shù)需進(jìn)行針對性優(yōu)化。分析主量元素時采用徑向觀測方式，減少基體干擾；分析雜質(zhì)元素時采用軸向觀測方式，提高靈敏度。射頻功率一般設(shè)定在1.0-1.2kW，霧化氣流速、輔助氣流速等參數(shù)需根據(jù)實(shí)際樣品和儀器型號進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化。
標(biāo)準(zhǔn)曲線與定量。主量元素通常采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，以酸溶液為溶劑配制Ni、Co、Mn、Li的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。雜質(zhì)元素的測定則建議采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，以樣品溶液為溶劑配制標(biāo)準(zhǔn)系列，可有效抵消基體效應(yīng)帶來的干擾。根據(jù)已有研究報(bào)道，該方法各元素的線性相關(guān)系數(shù)通常大于0.9995，主量元素加標(biāo)回收率在97%-103%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%。
應(yīng)用與展望
基于ICP-OES技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對鎳鈷錳酸鋰中Ni、Co、Mn、Li等主量元素及Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Na、Zn等多種雜質(zhì)元素的快速準(zhǔn)確測定。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)對電池能量密度要求的不斷提高，高鎳三元材料的研發(fā)與生產(chǎn)對元素分析的準(zhǔn)確性和效率提出了更高要求。ICP-OES技術(shù)憑借其多元素同時分析、寬動態(tài)范圍和較高靈敏度等特性，將在鋰電池正極材料質(zhì)量控制中持續(xù)發(fā)揮重要作用。