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【热点应用】ED-XRF分析锂离子电池正极材料

发布时间:2022-03-17      点击次数:536

锂离子电池正极材料的容量和能量密度对电池的性能起着关键作用。而在正极材料的三元层状结构中,元素配比对材料的性能具有至关重要的影响,因此对正极材料中各种元素的准确定量是电池研发生产关键技术之一。

 

使用何种分析手段去定量正极材料中的元素?要考虑诸多因素,除了检测速度、准确度、仪器稳定性等常见评价指标外,实验室安全和环保成本,样品前处理是否简单?检验设备的易用性以及最小化人为误差也是研发和生产质量控制中的不可忽视的问题。

 

目前,常用的锂电池正极材料元素定量手段包括ICP-OESICP-MSAAS以及XRF

 

因正极材料样品均质化的要求,ICP以及AAS需要液体进样,所以样品需要加入硝酸进行酸煮或微波消解成为液体。而这种前处理方法一方面存在消解不完全的情况,另一方面,废酸的处理也增加了实验室安全以及环保成本。此外,ICP方法只能分析痕量元素,所以样品需要较大的稀释倍数才能进样,这样也就带来了较大的稀释误差。

 

这些检测问题该如何解决呢?我们来看看X射线荧光光谱法(XRF)检测锂离子电池正极材料的几点优势:

 

相对而言,XRFICP相比可以直接进样,不需要复杂的前处理步骤,检测速度快。且样品制备简单:对于固体即可使用松散粉末直接进行测试,也可简单压片或进行玻璃熔珠测试;对于液体样品,更可以使用液体杯直接原样测试。

 

另一方面,XRF内部无复杂管路,光路简单,不会产生污染以及堵塞风险,检测浓度可以从ppm级至100%,对于正极材料而言,无论样品中的主量元素还是微量元素都能够进行准确定量,满足生产控制检测需求。

 

EDXRF在锂电行业正极材料中的应用

 

正如上文所述,在实际生产过程中,正极材料因为掺杂或者碳包覆,其他检测方法受制于常规酸很难消解样品,无法实现准确且稳定地测量。因此,X射线荧光光谱技术(XRF)越来越多地被锂电行业所接受并逐步应用。

 

近些年,快速发展的能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)技术作为XRF技术的前沿分支,以其体积紧凑、使用方便等优势得到了许多行业检测用户的认可。但在锂电行业还未得到广泛应用,究其主要原因,是由于普通能谱仪的检测性能在缺乏标准品的情况下,无法满足某些元素准确定量的检测需求。

 

马尔文帕纳科作为X射线分析仪器的主要供应商,具有超过70年的行业经验。在XRF产品的设计以及制造方面有丰富的经验和*的技术。其推出的高性能台式能谱仪 Epsilon4,装配了动态高通量X射线管、大面积高分辨SSD探测器和超高计数电路及全功能算法软件。其光路采用紧凑设计,可以获取高的信号灵敏度和更快的响应速度,充分满足正极材料主量以及微量元素的测试需求。

 

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应用实例一:前驱体溶液实验分析


主要针对Ni(0-120g/L)Co(0-120g/L)Mn(0-120g/L)三种主量元素,Epsilon4 台式能谱仪拟合曲线相关系数均在0.9999以上。其工作曲线如下:

 

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ICP稳定性对比实验,Epsilon4 台式能谱仪对前驱体容量进行多次测量,稳定性以及精密度均优于ICP

 

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应用实例二:NCM三元材料实验分析


该实验是通过Epsilon4台式能谱仪针对NCM三元材料Ni15-70%)、Co(5-30%)Mn(5-30%)三种主量元素,采用压片和玻璃熔珠两种不同的制样方法进行重复性测试,Epsilon4 台式能谱仪拟合曲线相关系数均在0.9999以上。

 

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实验中,分别对三元材料的主量元素平行测试了10次,可以看到不论玻璃熔珠还是压片的数据,其重复性RMS均小于0.01

 

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综上所述,马尔文帕纳科Epsilon4 台式能谱仪分析速度快、准确度高。与ICP对比具有更优异的精密度以及稳定性。针对正极材料不同的配方还配有具体的定制方案,是锂电行业正极材料元素分析检测值得信赖的工具。

 

马尔文帕纳科波长色散X射线荧光光谱仪因其强大的分析能力,除了满足常规元素日常分析工作外,同样可应用于锂例子电池正极材料中的元素定量分析,且针对LiFePO4NCM主量以及添加元素检测均有具体的应用解决方案,我们将在下一篇推文“WD-XRF用于锂离子电池正极材料分析”中具体介绍,敬请期待。

 

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