ICP-OES法測定磷酸鐵鋰中鋰鐵磷的分析方法

白曉艷，馬小利，張 超，唐海波，盧世剛

(北京有色金屬研究總院，北京100088)

ICP-OES法測定磷酸鐵鋰中鋰鐵磷的分析方法

白曉艷，馬小利，張 超，唐海波，盧世剛

(北京有色金屬研究總院，北京100088)

研究建立電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法同時測定磷酸鐵鋰中三種主元素鋰、鐵、磷的分析方法。鋰、鐵、磷的相對標準偏差均小于0.5%。加標回收率：鋰99.8%，鐵97.7%，磷100.2%。該方法簡單快捷，重復性好，準確性高，可以滿足電池材料的快速檢測需求。

磷酸鐵鋰；ICP-OES；分析方法；主元素

磷酸鐵鋰作為一種新型的鋰離子電池正極材料，具有成本低、毒性小、理論容量高、循環壽命長等優勢，在新能源領域具有廣泛的應用前景。關于磷酸鐵鋰的文獻報道大部分是合成方法或性能研究，分析方法方面的研究報道不多，而磷酸鐵鋰中鋰、鐵、磷三種主元素的準確定量對于合成工藝調整、產物性能研究和產品質量控制都有重要影響。在磷酸鐵鋰成分分析方法中，鋰的分析可以采用原子吸收法[1]，鐵和磷的測定一般采用化學法[2-3]，采用氧化還原滴定測定鐵，采用重量法測定磷，但傳統的化學法操作過程復雜、分析周期長。ICP具有靈敏度高、自吸效應小、線性范圍寬等優點。譚立志等[4]報道了

電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法測定磷酸鐵鋰中鋰鐵磷及摻雜元素的方法，但鋰、鐵、磷的測試結果還需要用標準溶液進行校正。本文通過ICP-OES法研究建立一種快速、準確的分析方法，無需校正可以同時測定磷酸鐵鋰中鋰、鐵、磷三種主元素的含量，并對該方法的精密度和加標回收情況進行了考察。

1 實驗

1.1 儀器和試劑

儀器：美國安捷倫725全譜直讀型電感耦合等離子體發射光譜儀。

試劑：鹽酸(優級純)；去離子水(一級)。

標準溶液貯存液：國家有色金屬及電子材料分析測試中心生產的Li、Fe、P標準溶液(濃度為1 mg/mL)，測試時稀釋使用。

1.2 實驗

1.2.1 樣品溶液準備與碳含量測定

首先選擇不含碳的磷酸鐵鋰樣品進行前處理實驗，準確稱取0.1 g(精確到0.000 1 g)樣品于100 mL燒杯中，加入幾種不同的酸，如表1所示。

表1 溶解樣品實驗

為了提高磷酸鐵鋰的電導率，通常會包覆少量的碳，當測試包覆碳的磷酸鐵鋰樣品時，加入10 mL(1+1)鹽酸，低溫加熱溶解。不溶解的部分是黑色的碳渣，溶液冷卻后用定量濾紙進行過濾，并洗滌沉淀，定容后的濾液可以用于主元素的測試。

將過濾后的碳渣與濾紙一起在烘箱中150℃干燥，然后稱重，扣除濾紙的質量，可以得到磷酸鐵鋰樣品中碳的質量，從而計算磷酸鐵鋰樣品的碳含量。該方法簡單易行，不需要使用碳硫分析儀，直接測定樣品中的碳含量。

1.2.2 儀器參數優化

鋰、鐵、磷三種元素在ICP中的揮發和解離的性質差異較大。鋰為易揮發、易電離元素，鐵為中等揮發、中等電離元素，而磷屬于易揮發、難電離元素，因此三種元素不存在波長干擾。折中考慮三種元素的情況，對儀器的功率、霧化器流量和觀測高度進行優化，最終確定的條件為：RF功率為950 W，霧化器流量為0.9 L/min，觀測高度為10 mm。

2 結果與討論

2.1 酸基體的影響

分別實驗了HCl和HNO3為介質，不同濃度下譜線強度的變化情況。由于酸度太高對儀器有害，因此選擇了2%、5%和10%三種濃度進行實驗。結果表明隨著酸度從2%增加到10%，Li、Fe、P三種元素的譜線強度都是逐漸降低。酸度相同的情況下，HCl介質的強度比HNO3介質強度高，因此選擇2% HCl介質進行測試。

2.2 標準曲線

Li、Fe、P的測試采用標準曲線法，保持標準溶液的酸度與待測樣品溶液酸度一致。在選定的儀器優化條件下，制作標準曲線如表2所示。

表2 標準曲線方程

2.3 精密度實驗

選取兩種磷酸鐵鋰樣品，重復測定Li、Fe、P含量各6次，測定結果如表3所示。

表3 精密度實驗

2.4 加標回收實驗

為了驗證測試結果的準確性，進行加標回收實驗，在樣品中分別加入一定量的Li、Fe、P標準溶液進行測試，由表4可以看出三種元素的回收率均較好，說明該方法的準確度高。

表4 加標回收實驗

3 結論

本文建立了ICP-OES法定量測定磷酸鐵鋰樣品中三種主元素含量的方法。采用鹽酸溶解樣品，將不溶解的碳進行過濾，樣品經過一次前處理，可以先采用ICP-OES法測定三種主元素的含量，再通過重量法計算碳含量。通過實驗優化了儀器參數，并選擇合適的酸基體濃度。測試結果中鋰、鐵、磷的相對標準偏差均小于0.5%，回收率在97.7%～100.2%。該方法簡單快速，可以滿足產業化測試的需求，還可適用于磷酸鐵鋰焙燒前半成品的檢驗，對產品的一致性和穩定性起到監控作用。

[1]張玲，付大勇，李永坤.鋰離子電池正極材料中高含量鋰的測定[J].電池，2004，34(1)：73-74.

[2]王曉艷，王星，王玉鋒.LiFePO4化學成分測定[J].電源技術，2006，30(9)：764-768.

[3]劉平，樊勇利.LiFePO4/C正極材料中鐵、磷、碳含量的測定方法研究[C]//第28屆全國化學與物理電源學術年會會議論文.廣州：中國電子學會化學與物理電源技術分會，2009.

[4]譚立志，時振偉，王星.ICP-OES法快速測定LiFePO4中鋰鐵磷三元素及摻雜元素[J].電源技術，2010，34(10)：1080-1081.

Determination of three main elements in lithium iron phosphate by ICP-OES

BAI Xiao-yan,MA Xiao-li,ZHANG Chao,TANG Hai-bo,LU Shi-gang
(Beijing General Research Institute for Non-ferrous Metals,Beijing 100088,China)

An ICP-OES method for simultaneous analyzing three main elements of lithium iron phosphate was established.The RSD of lithium,iron and phosphor are all lower than 0.5%.The recoveries of lithium,iron and phosphor are 99.8%,97.7%and 100.2%,respectively.The method is simple and fast.The good repeatability and high accurate method can satisfy the quick determination demand of battery material.

lithium iron phosphate;ICP-OES;determination;main element

TM 912

A

1002-087 X(2015)08-1641-02

2015-01-12

白曉艷(1977—)，女，山西省人，博士，工程師，主要研究方向為電池材料分析檢測。