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            德國耶拿分析儀器有限公司

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            聚焦新能源電池行業(yè)分析難點——又快又準(zhǔn)又經(jīng)濟(jì)的電解液陽離子分析解決方案(上)

            閱讀:159      發(fā)布時間:2025-2-12
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            六氟磷酸鋰電解液生產(chǎn)企業(yè)對金屬雜質(zhì)含量要求非常高,主要參考標(biāo)準(zhǔn)為HG/T 4067-2015 《六氟磷酸鋰電解液》,陽離子限量共涉及Al、As、Fe、K、Na、Ca、Cd、Cr、Cu、Hg、Mg、Ni、Pb、Zn等14個元素,除了鈉元素小于2mg/kg,其余元素小于1mg/kg。使用稀釋劑(碳酸甲乙酯:無水乙醇:水 1:4:5)將樣品稀釋10倍后,直接使用ICP-OES測試以上各金屬含量。各標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍要求0.02-0.2mg/L(Na、Ca、Fe為0.2-2mg/L)。

            該標(biāo)準(zhǔn)是在2015年生效的,這10年間中國新能源電池行業(yè)經(jīng)過高速發(fā)展期,電解液分析要求也越來越成熟。分析解決方案朝著簡單快速、準(zhǔn)確穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的方向優(yōu)化。

            針對以上需求,德國耶拿結(jié)合樣品特點、行業(yè)實際需求以及PlasmaQuant 9100儀器的優(yōu)勢,提供優(yōu)化的全套解決方案!

             

             

            01

            前處理方式的選擇

            1.1稀釋直接測試成為越來越多實驗室的首選

            ICP-OES完全具備有機(jī)物體系直接分析的功能,在石化行業(yè)早有應(yīng)用,具有完善的分析方法體系(如ASTM D 7111, GB/T 18608-2012)。因此HG/T 4067-2015中采用有機(jī)稀釋劑將樣品稀釋后,直接使用ICP-OES分析是完全可行的。

            傳統(tǒng)酸消解前處理方式,需要花費3-4小時,過程中還極易引入污染,導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)品偏差。稀釋直接上機(jī)的樣品制樣過程僅需1分鐘即可完成,極大提高前處理效率, 同時大大降低污染風(fēng)險。

            1.2乙醇/水稀釋劑成為更經(jīng)濟(jì)高效的選擇

            在HG/T 4067-2015中,采用基體匹配法,選用碳酸甲乙酯:無水乙醇:水 1:4:5稀釋體系制備標(biāo)液及樣品。為了降低考慮碳酸甲乙酯中雜質(zhì)含量,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用電子級純度。該方法可有效減少樣品基體效應(yīng)對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。

            但是電子級碳酸甲乙酯價格昂貴,作為日常試劑,會給實驗室造成一定的成本壓力。

            另外在該應(yīng)用中,基體匹配法尚未完全解決實際電解液樣品的基體效應(yīng)。電解液一般由鋰鹽和有機(jī)溶劑(碳酸甲乙酯經(jīng)典溶劑)組成。其中有機(jī)溶劑的占比在80%左右,鋰鹽占比15%~20%,常用電解質(zhì)鋰鹽有六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰等,另外還有一些添加劑。經(jīng)10倍稀釋后,鋰鹽含量仍然可達(dá)1.5-2%,對K,Na,Ca,Mg等堿金屬、堿土金屬造成干擾,導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。

            標(biāo)準(zhǔn)加入法較基體匹配法可更徹底地解決樣品的基體效應(yīng),同時PlasmaQuant 9100校正模式中,提供“標(biāo)準(zhǔn)加入校正法”模式??蓪⒃摌?biāo)準(zhǔn)曲線用于測定基體類似的其他批次電解液樣品,大大提高分析效率。

            1.3降低稀釋倍數(shù),以滿足越來越低的雜質(zhì)測試需求

            HG/T 4067-2015中,對樣品進(jìn)行10倍稀釋。測試溶液時,限量濃度為0.1mg/L(Na為0.2mg/L)。但目前實際樣品中陽離子濃度均遠(yuǎn)低于該限量值。

            為了能進(jìn)一步對樣品中陽離子濃度準(zhǔn)確定量,耶拿公司采用無水乙醇:水1:1稀釋體系,并對樣品僅稀釋5倍,并且標(biāo)準(zhǔn)曲線均從0.02mg/L開始測試,以保證低含量測試準(zhǔn)確性。

            02

            面對干擾,

            通過儀器性能完成直接測試是首選

            2.1高分辨——消除元素譜線干擾

            標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4067-2015中需要加氧減少碳元素的沉積,并減少C2背景干擾。以As188.98nm為例,由于該處會受到C2連續(xù)譜線干擾,導(dǎo)致檢出限變差,低濃度分析較困難。
            此時可以選擇As228.812nm作為分析譜線。PlasmaQuant 9100提供業(yè)內(nèi)最佳光學(xué)分辨率,即使在高濃度Cd基體中,也能將Cd228.802nm與As228.812nm兩條譜線實現(xiàn)基線分離,從而實現(xiàn)As228.812nm準(zhǔn)確定量。
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            2.2添加氧氣——消除碳譜干擾

            鈉元素是重點電解液重點關(guān)注項目之一。由于樣品中含量低,故需要選擇靈敏度高的譜線,同時588.99nm又受Ar線干擾,故一般選擇589.592nm作為測試譜線。
            但實際樣品中,發(fā)現(xiàn)樣品中基體本身的非特異性光譜干擾Na589.592nm 附近產(chǎn)生近百萬的信號計數(shù),無法將Na 589.592nm 發(fā)射譜線從汽油基體非特異性光譜信號中解析出來,其檢出線僅為56µg/L。向等離子體中通入低流速氧氣后,背景干擾顯著降低,檢出限也顯著改善至4.0µg/L。
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            03

            軸向測試是雜質(zhì)含量分析檢出限

            及穩(wěn)定性的保證

            高鋰樣品中雜質(zhì)元素測試常出現(xiàn)Na、K元素結(jié)果偏高,其它雜質(zhì)元素結(jié)果偏低的情況。這主要是由于易電離的基體Li元素產(chǎn)生的干擾及等離子體尾焰干擾。

            雖然可以采用徑向測試減少這些干擾,但是由于徑向測試元素強(qiáng)度顯著下降,準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性變差,不是低濃度元素分析的首選方案。

            耶拿PlasmaQuant 9100采用水冷冷錐有效去除易電離元素干擾及尾焰效應(yīng)。炬管距耦合線圈僅2mm。極短的矩管在測試時無記憶效應(yīng),使用壽命大大延長。

            耶拿PlasmaQuant 9100還采用氬氣反吹技術(shù)。來自光室的氬氣,軸對稱地將等離子體低溫尾焰從頂端吹開。氬氣反吹后,等離子體距冷錐僅3mm,接近正常分析區(qū),大大提高了分析靈敏度。電解液樣品還會產(chǎn)生較多碳和氫氟酸氣體,氬氣反吹還可以有效減少取光鏡上碳沉積以及樣品中HF腐蝕,有效改善測試時儀器靈敏度穩(wěn)定性,還可以延長冷錐內(nèi)取光鏡壽命,減少實驗室測試成本。

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