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有鋰行天下 | 采用Avio 550 Max ICP-OES進行電池材料的高精度分析

來源：珀金埃爾默企業(yè)管理（上海）有限公司 2026年08月21日 10:14

　　??引言

　　隨著新用途的發(fā)現(xiàn)，電池的使用快速普及，包括為消費品、醫(yī)療器械和汽車等各種物品提供電源。

　　此外，隨著新能源不斷普及，我們需要電池來存儲多余的電量并在需要時將其釋放。

　　由于需求快速增長，且不斷豐富，新的電池類型、技術和材料也在不斷開發(fā)中。不同類型的電池中含有一些共同元素，包括鋰(Li)、錳(Mn)、鎳(Ni)、磷(P)和鋅(Zn)等，具體比例從百分之幾到30%不等，根據(jù)電池類型而有所不同。

　　由于偏差和雜質會影響電池性能，準確知道主含量元素的比例是達到最佳性能的重要因素。因此，必須對主含量元素和雜質含量進行準確測量。

　　ICP-OES是滿足此類需求的理想分析技術：它對基質具有較高的耐受性，還具有很高的精確度，雜質測量可精確到μg/L等級。

　　高精度ICP-OES（HP-ICP-OES）僅在完全同步式ICP-OES系統(tǒng)(如珀金埃爾默的Avio® 550 Max)上可用，具有很好的精密度，其相對標準偏差(RSD)為0.1%或更低。HP-ICP-OES通過與分析物同一時間測量內標物來補償所有噪聲源，從而實現(xiàn)完全同步式測量。

　　本文旨在證實Avio 550 Max ICP-OES系統(tǒng)能夠高精密度和高準確度測量電池中常見的元素，同時還能測量常見雜質。

實驗

　　 材料和樣品制備

　　為了模擬電池材料的消解，以表1所示濃度在2%硝酸(v/v)中制備含有Mn、P、Li、Ni和Zn的標準溶液。此外，向含有主含量元素的溶液中，按表1所示濃度添加常見雜質。表1中的所有濃度均為電池起始原料稀釋100倍后的濃度。將鈧(Sc)作為內標物添加到所有溶液中。

　　表1.元素與濃度

　　 儀器參數(shù)

　　所有分析均采用表2中所示參數(shù)在Avio 550 ICP-OES上進行；波長、等離子體觀測方式和積分時間如表3中所示。為了使用HP-ICP-OES獲得最佳精度，以與待測元素相同的積分時間讀取內標物的數(shù)據(jù)。采用10秒的讀數(shù)時間能采集更多的數(shù)據(jù)從而進一步提高精度。根據(jù)線性插入法校準曲線測量主含量元素，同時通過線性過零點的曲線測量雜質；所有校準標樣均在2% HNO?中制備。

　　表2.儀器參數(shù)

　　表3.方法參數(shù)

結果與討論

　　繪制校準曲線，并對照校準曲線測量中間標樣10次。如圖1所示，樣品中所有主含量元素的相對標準偏差(RSD)均小于或等于0.2%，大多數(shù)結果小于0.1%。只有用與待測元素完全相同的積分時間讀取內標物數(shù)據(jù)時，才能達到這種精度。通過真正的同步測量，利用內標物對散粒和閃爍噪聲進行了校正，從而獲得超常的精密度。

圖1.中間校準標樣(Mn、P=1000 mg/L；Li=500 ppm；Ni、Zn=100 ppm)的10次分析中主含量元素測定的精密度(%RSD)

　　在同一分析中，同時測量主含量元素和雜質濃度，主含量元素含量的回收率如圖2所示，雜質的回收率如圖3所示。主含量元素的回收率在99-101%之間，而雜質的回收率在90-110%之間。

圖2.10次分析中主含量元素的回收率(Mn、P = 1000 mg/L；Li = 500 ppm；Ni、Zn = 100 ppm)

圖3.10次分析中微量元素(0.1 mg/L)的回收率

　　主含量元素和雜質元素的10次分析的精度證實了該方法的穩(wěn)定性。如表 4 所示，主含量元素的RSD小于0.2%，雜質元素的RSD小于2%。

　　表4.主含量元素和雜質元素10次分析的精密度(%RSD)

　　這種主含量元素的重現(xiàn)性只有通過HP-ICP-OES才可能實現(xiàn)。雜質的精密度結果表明，可以在同一方法中進行HP-ICP-OES和"常規(guī)"分析，且并不影響數(shù)據(jù)質量。

　　結論　summary

　　本文證實了Avio 550 Max ICP-OES能夠使用高精度的ICP-OES(HP-ICP-OES)提供很高的精密度，但只有在待測元素和內標物完全同步進行測量時才能實現(xiàn)。此性能可實時校正分析信號的變化，從而實現(xiàn)較高的精密度/較低的RSD(通常< 0.10%)。由于HP-ICP-OES可以與常規(guī)測量的分析物以相同的方法實施，故基質成分和雜質可用一種方法一起測量，如分析普通電池材料中的基質成分和雜質中所示。當與插入法校準結合使用時，HP-ICP-OES可在基質材料的測量中提供超常的精密度和準確度。

　　所用耗材

　　 參考文獻

　　1."HP-ICP-OES：Using the Avio 550/560 Max to Achieve the Highest Possible Precisions", Technical Note, PerkinElmer, 2020.

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