锂电池三元前驱体材料中成分检测方案(能散型XRF)

岛津能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000，分析三元前驱体Ni、Co、Mn的成分，具有分析速度快、过程无损、环境友好，操作简单的优点。使用校准的工作曲线分析结果准确度高、稳定性好，适用于三元前驱体材料成分的质检控制分析。SSL-CA22-104Excellence in Science Excellence in ScienceEDX-067 EDX 分析三元前驱体材料的成分 EDX-067 摘要：：三元聚合物锂电池的应用日益广泛，三元前驱体材料中镍钴锰成分比例影响到电池的性能。本文采用 岛津 EDX-7000 能量色散型X射线荧光光谱仪，建立三元前驱体材料中镍钴锰元素的工作曲线，对镍钴锰元素 成分的分析进行了研究，分析稳定性(短期&长期)优于1.5%，分析误差优于0.5%，分析速度快、过程无损、环境友好，可应用于三元前驱体材料中镍钴锰成分的质检控制分析。 关键词：三元前驱体材料成分分析 能量色散型X射线荧光分析仪 三元聚合物锂电池以电压平台高、能量密度大、电池容量高、倍率性能较好的优点，广泛应用于移动 和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工 具等领域。镍钴锰酸锂 (Li(Ni，Co，Mn(1-xy))02) 是三 元聚合物锂电池正极材料的一种，其三元前驱体材料 是镍钴锰氢氧化物 (Ni，Co，Mn(1-xy)(OH)2)，三元前驱 体材料和锂盐混合在高温下烧结反应后成为三元正极 材料。 三元正极材料中镍钴锰的比例 (x：y：z) 的调整可以 改变电池的性能。在三元正极材料的研发和生产中，需要对镍钴锰的成分进行分析，控制合适的配比，满 足电池的性能要求。三元前驱体材料中镍钴锰的成分 实验部分 1.1仪器 分析传统多采用仪器分析 (ICP-OES、AAS等)、沉 淀重量法分析、EDTA滴定分析等化学方法。化学分 析方法需要进行样品的消化前处理，存在过程复杂、消化时间长、环境二次污染等问题。仪器分析过程样 品需要稀释的倍数大，可能引入分析误差。 能量色散型X射线荧光分析仪是一类无损分析仪 器，可以实现样品元素成分的快速分析。本文使用岛 津 EDX-7000 X射线荧光分析仪，建立三元前驱体材 料样品中镍钴锰元素的分析条件，优化分析条件参数，使用有值标准样品对分析元素的曲线进行了校正，并 分析了实验样品的短期稳定性、长期稳定性、准确度 等数据。 岛津 EDX-7000 能量色散型X射线荧光分析仪。 图1 EDX-7000 1.2分析条件 氛围：大气准直器：10mm 靶材： Rh滤光片：5#电压：50kV电流： Auto DT： 30%分析时间：100s 三元前驱体材料为粉末样品，样品分析前需要使用压片机将粉末样品压片处理，图2为压片后的标准样品。 图2三元前驱体材料标准样品压片 1.4样品前处理 三元前驱体材料样品为粉末状态，样品需要经过压片机压片，压片样品放在 EDX仪器室中分析，可以添加 迈拉膜测试，防止掉粉污染测试。 图3 粉末样品压片处理 结果与讨论 2.1工作曲线 创建三元前驱体材料成分分析条件，通过预实验优化分析条件参数。将粉末压片标准样品放置在仪器的样品 室中分析，计算标准样品含量与测试强度的拟合工作曲线，采用 Lachance-Trail 方法，校正元素荧光间吸收与 增强的影响，，二工作曲线见图4。 图4 检测曲线 2.2分析稳定性 2.2.1短期分析稳定性 随机选取2个压片实验样品，使用已经校正好的三元前驱体分析条件，固定分析位置连续分析10次，统计 分析结果，计算 RSD 数据如表1。 表1 短期稳定性 单位：W：/% 项目 Ni Co Mn 项目 Ni Co Mn AVG 56.93 3.14 1.71 AVG 43.79 3.26 14.77 SD 0.069 0.008 0.025 SD 0.063 0.011 0.040 RSD 0.12 0.25 1.48 RSD 0.14 0.35 0.27 注： AVG代表平均值； SD 代表标准偏差； RSD 代表相对标准偏差 2.2.2长期分析稳定性 选取2个短期稳定性压片实验样品，使用已经校正好的三元前驱体分析条件，随机选取分析位置，每天分 析1次，连续分析10个工作日，共10次分析结果统计计算 RSD 数据如表2。 表2 长期稳定性 单位：Wt/% 项目 Ni Co Mn 项目 Ni Co Mn AVG 56.95 3.14 1.72 AVG 43.93 3.27 14.83 SD 0.090 0.007 0.023 SD 0.110 0.017 0.044 RSD 0.16 0.23 1.36 RSD 0.25 0.52 0.30 注： AVG代表平均值； SD代表标准偏差； RSD 代表相对标准偏 2.3分析准确度 选取三元前驱体粉末压片样品，采用校正好的三元前驱体分析条件分析样品，分析结果与化学分析数据进行 比较，得到分析结果的准确度。 表3 分析准确度 单位：w：/% 样品 S920 S820 S700 S650 分析元素 Ni Co Mn Ni Co Mn Ni Co Mn Ni Co Mn 分析结果 57.25 3.21 1.68 51.27 7.40 3.74 44.37 3.22 15.05 41.25 4.48 16.78 参考值 57.01 3.06 1.76 51.12 7.55 3.56 44.45 3.28 14.92 41.31 4.54 16.82 误差，% 0.24 0.15 -0.08 0.15 -0.15 0.18 -0.08 -0.06 0.13 -0.06 -0.06 -0.04 2.4结果讨论 岛津能量色散型X射线荧光光谱仪 EDX-7000，采用工作曲线法分析三元前驱体中的 Ni、Co、Mn成分， 短 期分析稳定性 RSD 值优于1.5%，长期分析稳定性 RSD 值优于1.5%。分析结果与化学法分析值比较，分析误 差优于0.5%。 ■结论 岛津能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000，分析三元前驱体Ni、Co、Mn的成分，具有分析速度快、过 程无损、环境友好，操作简单的优点。使用校准的工作曲线分析结果准确度高、稳定性好，适用于三元前驱体 材料成分的质检控制分析。 岛津应用云