镍钴锰酸锂中掺杂氧化锆的测定

镍钻锰酸锂中掺杂氧化锆的测定曾勇;邓文娟涨莹娇【摘要】采用盐酸-氢氟酸消解掺杂有二氧化锆的镍钻锰酸锂样品，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)测定锆含量，从而建立了一种快速测定掺杂有二氧化锆的镍钻锰酸锂样品中的锆含量的分析方法.方法选择Zr-343.823nm为测试波长,标准曲线的线性相关系数为0.99987,结果相对标准偏差(RSD,n=10)为0.67%,加标回收率为98.53%~101.25%,用标准加入法验证结果与标准曲线法结果相符.所建方法测试结果可靠，可用于日常检测.【期刊名称】《广州化工》【年(卷)，期】2017(045)022【总页数】3页(P111-113)【关键词】镍钻锰酸锂;电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES);氧化锆(ZrO2);锆(Zr)【作者】曾勇;邓文娟涨莹娇【作者单位】广东邦普循环科技有限公司,广东佛山528000;广东邦普循环科技有限公司,广东佛山528000;广东邦普循环科技有限公司,广东佛山528000【正文语种】中文【中图分类】O655.1+1随着电动汽车产业的快速发展，锂离子电池的市场需求也在不断攀升，而作为锂离子电池家族的最主要组成成员——镍钻锰三元锂离子电池的市场需求也在急剧增加。如何改进三元锂离子电池的储能材*—-镍钻锰酸锂的电化学性能、安全性能等问题也是研究者们不可忽视的一个问题。研究者们通过诸多实验发现，在制备镍钻锰酸锂的过程通过掺杂或者包覆一些特定的化学原料，可以显著改善镍钻锰酸锂的电化学性能。其中二氧化锆（ZrO2）的掺杂或者包覆对材料的性能改善效果很理想［1-3］。如何快速、准确地测出镍钻锰酸锂的微量二氧化锆含量对其性能的改善实验具有重要的指导意义。本文作者采用盐酸-氢氟酸消解掺杂有二氧化锆的镍钻锰酸锂样品，用ICP-AES法测定镍钻锰酸锂中的Zr含量，本方法测定结果准确，精密度好，速度也较为快速，是一种可行的分析方法。1.1检测设备及参数本次实验所用仪器为美国PE公司生产的Optima2100DV电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES），并装配耐氢氟酸进样系统°ICP-AES的工作参数选择如表1所示。1.2实验试剂盐酸（优级纯），硝酸（优级纯），氢氟酸（优级纯），硼酸Zr标准溶液（浓度为1000mg/L）,镍基准物质（纯度＞99.98%，济南众标），钻基准物质（纯度＞99.98%，济南众标）3孟基准物质（纯度＞99.95%，济南众标）；实验用水：超纯水（18.2MQ-cm）,掺杂有ZrO2的镍钻孟酸锂（LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2），广东邦普自制；未掺杂ZrO2的镍钻孟酸锂（LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2）,广东邦普自制。1.3样品消解由于试验样品镍钻孟酸锂为镍钻孟锂的氧化物，为碱性氧化物，用盐酸可将之完全溶解。包覆用的ZrO2多为纳米氧化锆，这种纳米氧化锆只溶于氢氟酸，故需往样品中滴加氢氟酸，以溶解氧化锆。准确称取0.2g（精确至0.0001g）样品（掺杂有ZrO2的镍钻孟酸锂），至于聚四氟乙烯烧杯中，用超纯水将样品润湿，加入10mL盐酸后盖上塑料表面皿，水浴加热3min，待样品基本溶解完全后（肉眼不能看到明显的沉淀），往烧杯中滴加10滴左右的氢氟酸，盖上塑料表面皿继续水浴5min，以确保溶液中微量的氧化锆与氢氟酸反应完全。自然冷却至室温后，将溶液转移至塑料容量瓶中，稀释至刻度，摇匀待测。同时用未掺杂ZrO2的镍钻锰酸锂样品做为样品空白同步处理。1.4系列标准溶液的制备分别称取镍基准物质0.58g（精确到0.0001g）,钻基准物质0.29g（精确到0.0001g），锰基准物质0.27g（精确到0.0001g）,置于250mL烧杯中，加入30mL硝酸，10mL盐酸，盖上表面皿，于电炉上加热至固体完全溶解，自然冷却，转入100mL烧杯中，用超纯水将烧杯润洗3遍，定容至刻度，摇匀，此溶液记为“溶液1”。将Zr标准溶液逐级稀释至10mg/L,此溶液记为“溶液2”。分别移取10mL“溶液1”置于100mL塑料容量瓶中，加入10mL浓盐酸，20mL〃溶液2”，用超纯水稀释至刻度，摇匀，此时溶液中的镍钻锰浓度为Ni:0.58g/L、Co:0.29g/L、Mn:0.27g/L,Zr浓度为2.0mg/L,此溶液记为“基体匹配溶液”。分别向5个100mL的塑料容量瓶中加入0mL、10mL、20mL、30mL“溶液2”，加入10mL浓盐酸，用超纯水稀释至刻度，摇匀。此时标准系列溶液中的Zr质量浓度分别为0、1.0、2.0、3.0mg/L。2.1测试波长的选择2100DV型ICP-AES给出的Zr元素的推荐波长依次为：Zr-343.823nm、Zr-339.197nm、Zr-257.139nm、Zr-354.262nm、Zr-357.247nm。通过查询仪器参数，并用各个波长对标准系列溶液和波长测试溶液测试进行扫描，观察上述各波长处谱线的峰值和背景干扰情况，如图1所示（L0线为标准空白曲线，L1线为基体匹配溶液曲线，另外3条曲线为标准系列溶液曲线）。通过观察谱图及处理数据可知：仪器推荐的5个波长测量标准系列溶液得出的线性相关系数都在0.999以上，都符合测试要求，但是Zr-343.823nm和Zr-339.197nm处的谱线强度明显比其他波长要强，并且Zr-257.139nm处的〃基体匹配溶液”背景基线比标准系列溶液要高出很多，在有其他波长可选的情况下，优先排除Zr-257.139nm。综合以上信息，本文选择设备推荐的最优波长Zr-343.823nm作为本次实验的分析线。2.2基体干扰排除镍钻锰酸锂中除镍、钻、锰含量很高外，其他杂质元素还有钙、镁、铁、钠、锌等，且其含量均小于0.01%，通过“2.1测试波长的选择”分析排除，可忽略其杂质元素对Zr元素含量测定的干扰。通过对比图1中各波长下的光谱图可得知，除了Zr-257.139nm以外，我们的样品基体对另外4个波长处的Zr元素分析线没有一点干扰，根据“2.1测试波长的选择”中选择的波长Zr-343.823nm，本次实验中不需要考虑样品中其他元素对Zr元素测试的干扰。2.3标准工作曲线的绘制用标准曲线法将标准系列溶液在Zr-343.823m绘制标准工作曲线，工作曲线如图2所示，其相关系数为0.99987，线性良好，可用于定量分析Zr元素含量。2.4方法的精密度测试分别称取掺杂Zr的样品试样10分，按上述方法测定Zr含量，所得结果如表2所示。从表2可以看出，测试结果的SD为0.13%,RSD为0.67%，说明实验的重复性比较好，实验数据可靠。2.5实验方法可靠性验证按照上述实验方法，分别向样品中加入不同浓度的Zr标准溶液(1mg/mL)，做加标回收验证实验，实验结果见表3。从表3可知，实验加标回收率为98.53%~101.25%之间，说明实验方法结果可靠性高，可以满足日常测试要求。用标准加入法验证测试结果的准确性，样品Zr含量为0.2011%，结果与标准曲线法基本相符(标准曲线法10次测试平均值为0.1988%)，进一步验证了方法的可靠性。本文建立了盐酸-氢氟酸消解，ICP-AES测定镍钻锰酸锂中掺杂Zr含量的方法。方法所选测试波长为Zr-343.823nm，样品基体对Zr元素测定无干扰，标准曲线相关系数为0.99987,RSD=0.67%，加标回收率为98.53%~101.25%，标准加入法验证结果与所建方法测试结果一致。该方法在保证测试数据准确的前提下，测试周期不长，可用于实验室批量分析检测，对研究镍钻锰酸锂中掺杂Zr元素对材料性能改善有很好的指导意义。【相关文献】窦树梅，朱端亮.锂离子电池正极材料LiNi{0.5-x}Mn{0.5-x}Zr{2x}O2的制备及电化学性能研究[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版),2017(3):1-6.任祥忠，刘涛，孙灵娜，等.锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2的制备及电化学性能[J]物理化学学报,2014,30(9):1641-1649.张英杰，彭程万里，周友元.掺杂Al和Zr对LiNi0.8Co0