鎳鈷錳酸鋰中摻雜氧化鋯的測定

鎳鉆錳酸鋰中摻雜氧化鋯的測定曾勇;鄧文娟漲瑩嬌【摘要】采用鹽酸-氫氟酸消解摻雜有二氧化鋯的鎳鉆錳酸鋰樣品，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測定鋯含量，從而建立了一種快速測定摻雜有二氧化鋯的鎳鉆錳酸鋰樣品中的鋯含量的分析方法.方法選擇Zr-343.823nm為測試波長,標準曲線的線性相關(guān)系數(shù)為0.99987,結(jié)果相對標準偏差(RSD,n=10)為0.67%,加標回收率為98.53%~101.25%,用標準加入法驗證結(jié)果與標準曲線法結(jié)果相符.所建方法測試結(jié)果可靠，可用于日常檢測.【期刊名稱】《廣州化工》【年(卷)，期】2017(045)022【總頁數(shù)】3頁(P111-113)【關(guān)鍵詞】鎳鉆錳酸鋰;電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES);氧化鋯(ZrO2);鋯(Zr)【作者】曾勇;鄧文娟漲瑩嬌【作者單位】廣東邦普循環(huán)科技有限公司,廣東佛山528000;廣東邦普循環(huán)科技有限公司,廣東佛山528000;廣東邦普循環(huán)科技有限公司,廣東佛山528000【正文語種】中文【中圖分類】O655.1+1隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池的市場需求也在不斷攀升，而作為鋰離子電池家族的最主要組成成員——鎳鉆錳三元鋰離子電池的市場需求也在急劇增加。如何改進三元鋰離子電池的儲能材*—-鎳鉆錳酸鋰的電化學(xué)性能、安全性能等問題也是研究者們不可忽視的一個問題。研究者們通過諸多實驗發(fā)現(xiàn)，在制備鎳鉆錳酸鋰的過程通過摻雜或者包覆一些特定的化學(xué)原料，可以顯著改善鎳鉆錳酸鋰的電化學(xué)性能。其中二氧化鋯（ZrO2）的摻雜或者包覆對材料的性能改善效果很理想［1-3］。如何快速、準確地測出鎳鉆錳酸鋰的微量二氧化鋯含量對其性能的改善實驗具有重要的指導(dǎo)意義。本文作者采用鹽酸-氫氟酸消解摻雜有二氧化鋯的鎳鉆錳酸鋰樣品，用ICP-AES法測定鎳鉆錳酸鋰中的Zr含量，本方法測定結(jié)果準確，精密度好，速度也較為快速，是一種可行的分析方法。1.1檢測設(shè)備及參數(shù)本次實驗所用儀器為美國PE公司生產(chǎn)的Optima2100DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES），并裝配耐氫氟酸進樣系統(tǒng)°ICP-AES的工作參數(shù)選擇如表1所示。1.2實驗試劑鹽酸（優(yōu)級純），硝酸（優(yōu)級純），氫氟酸（優(yōu)級純），硼酸Zr標準溶液（濃度為1000mg/L）,鎳基準物質(zhì)（純度＞99.98%，濟南眾標），鉆基準物質(zhì)（純度＞99.98%，濟南眾標）3孟基準物質(zhì)（純度＞99.95%，濟南眾標）；實驗用水：超純水（18.2MQ-cm）,摻雜有ZrO2的鎳鉆孟酸鋰（LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2），廣東邦普自制；未摻雜ZrO2的鎳鉆孟酸鋰（LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2）,廣東邦普自制。1.3樣品消解由于試驗樣品鎳鉆孟酸鋰為鎳鉆孟鋰的氧化物，為堿性氧化物，用鹽酸可將之完全溶解。包覆用的ZrO2多為納米氧化鋯，這種納米氧化鋯只溶于氫氟酸，故需往樣品中滴加氫氟酸，以溶解氧化鋯。準確稱取0.2g（精確至0.0001g）樣品（摻雜有ZrO2的鎳鉆孟酸鋰），至于聚四氟乙烯燒杯中，用超純水將樣品潤濕，加入10mL鹽酸后蓋上塑料表面皿，水浴加熱3min，待樣品基本溶解完全后（肉眼不能看到明顯的沉淀），往燒杯中滴加10滴左右的氫氟酸，蓋上塑料表面皿繼續(xù)水浴5min，以確保溶液中微量的氧化鋯與氫氟酸反應(yīng)完全。自然冷卻至室溫后，將溶液轉(zhuǎn)移至塑料容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻待測。同時用未摻雜ZrO2的鎳鉆錳酸鋰樣品做為樣品空白同步處理。1.4系列標準溶液的制備分別稱取鎳基準物質(zhì)0.58g（精確到0.0001g）,鉆基準物質(zhì)0.29g（精確到0.0001g），錳基準物質(zhì)0.27g（精確到0.0001g）,置于250mL燒杯中，加入30mL硝酸，10mL鹽酸，蓋上表面皿，于電爐上加熱至固體完全溶解，自然冷卻，轉(zhuǎn)入100mL燒杯中，用超純水將燒杯潤洗3遍，定容至刻度，搖勻，此溶液記為“溶液1”。將Zr標準溶液逐級稀釋至10mg/L,此溶液記為“溶液2”。分別移取10mL“溶液1”置于100mL塑料容量瓶中，加入10mL濃鹽酸，20mL〃溶液2”，用超純水稀釋至刻度，搖勻，此時溶液中的鎳鉆錳濃度為Ni:0.58g/L、Co:0.29g/L、Mn:0.27g/L,Zr濃度為2.0mg/L,此溶液記為“基體匹配溶液”。分別向5個100mL的塑料容量瓶中加入0mL、10mL、20mL、30mL“溶液2”，加入10mL濃鹽酸，用超純水稀釋至刻度，搖勻。此時標準系列溶液中的Zr質(zhì)量濃度分別為0、1.0、2.0、3.0mg/L。2.1測試波長的選擇2100DV型ICP-AES給出的Zr元素的推薦波長依次為：Zr-343.823nm、Zr-339.197nm、Zr-257.139nm、Zr-354.262nm、Zr-357.247nm。通過查詢儀器參數(shù)，并用各個波長對標準系列溶液和波長測試溶液測試進行掃描，觀察上述各波長處譜線的峰值和背景干擾情況，如圖1所示（L0線為標準空白曲線，L1線為基體匹配溶液曲線，另外3條曲線為標準系列溶液曲線）。通過觀察譜圖及處理數(shù)據(jù)可知：儀器推薦的5個波長測量標準系列溶液得出的線性相關(guān)系數(shù)都在0.999以上，都符合測試要求，但是Zr-343.823nm和Zr-339.197nm處的譜線強度明顯比其他波長要強，并且Zr-257.139nm處的〃基體匹配溶液”背景基線比標準系列溶液要高出很多，在有其他波長可選的情況下，優(yōu)先排除Zr-257.139nm。綜合以上信息，本文選擇設(shè)備推薦的最優(yōu)波長Zr-343.823nm作為本次實驗的分析線。2.2基體干擾排除鎳鉆錳酸鋰中除鎳、鉆、錳含量很高外，其他雜質(zhì)元素還有鈣、鎂、鐵、鈉、鋅等，且其含量均小于0.01%，通過“2.1測試波長的選擇”分析排除，可忽略其雜質(zhì)元素對Zr元素含量測定的干擾。通過對比圖1中各波長下的光譜圖可得知，除了Zr-257.139nm以外，我們的樣品基體對另外4個波長處的Zr元素分析線沒有一點干擾，根據(jù)“2.1測試波長的選擇”中選擇的波長Zr-343.823nm，本次實驗中不需要考慮樣品中其他元素對Zr元素測試的干擾。2.3標準工作曲線的繪制用標準曲線法將標準系列溶液在Zr-343.823m繪制標準工作曲線，工作曲線如圖2所示，其相關(guān)系數(shù)為0.99987，線性良好，可用于定量分析Zr元素含量。2.4方法的精密度測試分別稱取摻雜Zr的樣品試樣10分，按上述方法測定Zr含量，所得結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，測試結(jié)果的SD為0.13%,RSD為0.67%，說明實驗的重復(fù)性比較好，實驗數(shù)據(jù)可靠。2.5實驗方法可靠性驗證按照上述實驗方法，分別向樣品中加入不同濃度的Zr標準溶液(1mg/mL)，做加標回收驗證實驗，實驗結(jié)果見表3。從表3可知，實驗加標回收率為98.53%~101.25%之間，說明實驗方法結(jié)果可靠性高，可以滿足日常測試要求。用標準加入法驗證測試結(jié)果的準確性，樣品Zr含量為0.2011%，結(jié)果與標準曲線法基本相符(標準曲線法10次測試平均值為0.1988%)，進一步驗證了方法的可靠性。本文建立了鹽酸-氫氟酸消解，ICP-AES測定鎳鉆錳酸鋰中摻雜Zr含量的方法。方法所選測試波長為Zr-343.823nm，樣品基體對Zr元素測定無干擾，標準曲線相關(guān)系數(shù)為0.99987,RSD=0.67%，加標回收率為98.53%~101.25%，標準加入法驗證結(jié)果與所建方法測試結(jié)果一致。該方法在保證測試數(shù)據(jù)準確的前提下，測試周期不長，可用于實驗室批量分析檢測，對研究鎳鉆錳酸鋰中摻雜Zr元素對材料性能改善有很好的指導(dǎo)意義。【相關(guān)文獻】竇樹梅，朱端亮.鋰離子電池正極材料LiNi{0.5-x}Mn{0.5-x}Zr{2x}O2的制備及電化學(xué)性能研究[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2017(3):1-6.任祥忠，劉濤，孫靈娜，等.鋰離子電池正極材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2的制備及電化學(xué)性能[J]物理化學(xué)學(xué)報,2014,30(9):1641-1649.張英杰，彭程萬里，周友元.摻雜Al和Zr對LiNi0.8Co0