一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種鋰離子電池正極材料中金屬元素檢測(cè)的方法，包括以下步驟：將正極材料加入到檸檬酸水溶液中混合均勻，加熱至溶液澄清，定容得待測(cè)溶液；將待測(cè)溶液稀釋一定倍數(shù)制成待測(cè)樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法檢測(cè)其中金屬離子對(duì)應(yīng)的吸收值；以相同方法測(cè)試不同濃度梯度金屬離子吸收值繪制的吸收值?金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為根據(jù)讀取待測(cè)樣品中金屬離子含量，扣除空白樣品吸的干擾后，通過(guò)換算即可得到鋰離子電池正極材料中的金屬元素含量以及不同金屬元素的摩爾比例。本發(fā)明的檢測(cè)方法中對(duì)鋰離子電池正極材料的前處理方法沒(méi)有使用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿類(lèi)危險(xiǎn)化學(xué)品，也沒(méi)有使用微波消解儀，檢測(cè)方法高效、簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法。
【背景技術(shù)】
[0003]鋰離子電池正極材料中鎳、鈷、錳、鋁等元素的含量于比例成為判斷其合格與否的關(guān)鍵指標(biāo)。目前，檢測(cè)鋰離子電池正極材料中金屬元素常用的檢測(cè)方法可通過(guò)原子吸收光譜來(lái)測(cè)定;然而原子吸收光譜分析方法的局限性是只能檢測(cè)溶液中金屬離子，對(duì)固態(tài)存在的鋰離子電池正極材料中的金屬元素并不能直接檢測(cè)。這就涉及到需要在檢測(cè)前通過(guò)一種前處理方式將鋰離子電池正極材料中金屬元素游離成金屬離子，傳統(tǒng)的前處理方式為采用微波消解儀來(lái)進(jìn)行溶解，消解需要選用硝酸，混酸等強(qiáng)酸，同時(shí)需要較高的溫度;消解的過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同一樣品需要反復(fù)消解才可以消解完全。微波消解儀操作過(guò)程繁瑣，并且用到各種強(qiáng)酸，安全系數(shù)低，因此，需要一種更簡(jiǎn)便和安全的方法來(lái)對(duì)處理鋰離子電池正極材料制備成金屬離子溶液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)稱(chēng)取0.1-0.2g鋰離子電池正極材料，加入檸檬酸水溶液20mL，加熱到150 °C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測(cè)溶液；
(2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
(3)將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數(shù)，用2%硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試其中金屬尚子對(duì)應(yīng)的吸收值；
(4)分別移取一組步驟(3)中檢測(cè)的金屬離子不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液于容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，采用火焰原子吸收光譜分析法測(cè)定其中金屬離子含量對(duì)應(yīng)的吸收值，繪制成待檢測(cè)金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)；
(5)以標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為依據(jù)讀取待測(cè)樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，通過(guò)換算即可得到待檢測(cè)鋰離子電池正極材料中的金屬元素含量。
[000?] 所述的鋰離子電池正極材料為三元材料Li (NixCoyMn1-x-y)02、富鋰猛基材料XLi2MnO3.(l_x)LiMn02、鎳錳酸鋰LiN1.5Mm.504、尖晶石錳酸鋰LiMn2Oh層狀錳酸鋰Li2Mn2O^鈷酸鋰LiCo02、鎳酸鋰LiNi02、鎳鈷鋁酸鋰LiNixCoyAl1-X-y02中任一種。
[0007]所述檸檬酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-50%。
[0008]所述檸檬酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。
[0009]所述步驟(3)待檢測(cè)金屬元素為鎳、鈷、錳、鋁中的至少一種。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明中對(duì)鋰離子電池正極材料中金屬元素游離為金屬離子的處理方式是利用了檸檬酸的酸性和絡(luò)合作用來(lái)完成，處理方式高效、簡(jiǎn)便;本處理方式?jīng)]有使用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿類(lèi)危險(xiǎn)化學(xué)品，也沒(méi)有使用微波消解儀，安全系數(shù)高；同時(shí)前處理原料來(lái)源廣泛，無(wú)毒無(wú)害，價(jià)格低廉，檢測(cè)成本低；
(2)本發(fā)明對(duì)金屬離子的檢測(cè)十分快捷，不僅可以檢測(cè)鋰離子電池正極材料中某一種金屬元素含量，還可以通過(guò)本發(fā)明來(lái)檢測(cè)鋰離子電池正極材料不同金屬元素的摩爾比例。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為金屬鎳離子的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。
[0012]圖2為金屬鈷離子的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。
[0013]圖3為金屬錳離子的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，包括以下步驟:
(1)稱(chēng)取0.1-0.2g鋰離子電池正極材料，加入檸檬酸水溶液20mL，加熱到150 °C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測(cè)溶液；
(2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
(3)將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數(shù)，用2%硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試其中金屬尚子對(duì)應(yīng)的吸收值；
(4)分別移取一組步驟(3)中檢測(cè)的金屬離子不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液于容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，采用步驟(3)中相同的火焰原子吸收光譜分析法測(cè)定其中金屬離子含量對(duì)應(yīng)的吸收值，繪制成待檢測(cè)金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)；
(5)以標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為依據(jù)讀取待測(cè)樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，通過(guò)換算即可得到待檢測(cè)鋰離子電池正極材料中的金屬元素含量。
[0015]鋰離子電池正極材料為三元材料L i (Ni xCoyMni—x—y )02(其中1<1、7<1、乂+7<1)、富鋰錳基材料XLi2MnO3.(l-x)LiMn02、鎳錳酸鋰LiN1.5Mm.504、尖晶石錳酸鋰LiMn2O^層狀錳酸鋰Li2Mn2Oh鈷酸鋰LiCo02、鎳酸鋰LiNi02、鎳鈷鋁酸鋰LiNixCoyAl1-x—y02，(其中x<l、y<
l、x+y<l )中任一種
首先分別以鎳、鈷、錳三種金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液配置一系列濃度梯度的鎳、鈷、錳金屬離子溶液，金屬離子溶液濃度梯度分別為:鎳(lmg/L、2 mg/L、3 mg/L、4mg/L)、鈷(lmg/L、2mg/L、3 mg/L、4mg/L)Jl(0.5mg/L、l mg/L、1.5 mg/L、2mg/L);以火焰原子吸收光譜分析儀器采用主靈敏線(xiàn)測(cè)試分別檢測(cè)不同離子濃度的鎳、鈷、錳三種金屬離子的吸收值，以吸收值為基礎(chǔ)分別繪制擬合為對(duì)應(yīng)的鎳、鈷、錳三種金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，結(jié)果列于圖1、圖2、圖3。
[0016]實(shí)施例1
1、稱(chēng)取0.1g的錳酸鋰(LiMn2O4)正極材料，加入20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的檸檬酸水溶液中混合均勻，加熱到150°C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測(cè)溶液；
2、將20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋40倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬錳元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬錳吸收值為0.1608，空白樣品中金屬錳吸收值為0.006，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬錳的吸收值為0.1602;
以圖3給出的錳元素吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為根據(jù)，通過(guò)換算可計(jì)算出待檢測(cè)的錳酸鋰(LiMn2O4)正極材料中錳元素摩爾質(zhì)量為1.9872，與分子式中錳元素摩爾質(zhì)量十分吻合。
[0017]實(shí)施例2
1、稱(chēng)取0.18的鎳錳酸鋰(1^祖().51111.504)正極材料，加入201111質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的檸檬酸水溶液中混合均勻，加熱到150°C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測(cè)溶液；
2、將20mL量分?jǐn)?shù)為30%的檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋40倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬錳元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬錳吸收值為0.2598，空白樣品中金屬錳吸收值為0.002，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬錳的吸收值為0.2596;
4、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋10倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬錳元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬鎳吸收值為0.1596，空白樣品中金屬錳吸收值為0.001，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬鎳的吸收值為0.1595;
以圖3和圖1給出的錳元素和鎳元素的吸收值-金屬離子溶度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為根據(jù)，通過(guò)換算可計(jì)算出待檢測(cè)的鎳錳酸鋰仏丨祖^…加-⑷^正極材料中鎳元素摩爾質(zhì)量比例為?！弧！?，錳元素摩爾質(zhì)量為1.4976，鎳與錳的摩爾比例為0.5019:1.4976，與分子式十分吻合。
[0018]實(shí)施例3
1、稱(chēng)取0.18的鎳鈷錳酸鋰(1^祖0.5(:0().#11().302)正極材料，加入201111質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的檸檬酸水溶液中混合均勻，加熱到150 0C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測(cè)溶液；
2、將20mL量分?jǐn)?shù)為20%的檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋20倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬錳元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬錳吸收值為0.2016，空白樣品中金屬錳吸收值為0.004，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬錳的吸收值為0.2014;
4、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋20倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬鎳元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬鎳吸收值為0.1511，空白樣品中金屬鎳吸收值為0.008，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬鎳的吸收值為0.1503;
5、將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋10倍，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試待測(cè)樣品和空白樣品的金屬鈷元素對(duì)應(yīng)的吸收值，檢測(cè)結(jié)果顯示待測(cè)樣品中金屬鈷吸收值為0.1588，空白樣品中金屬鈷吸收值為0.002，扣除空白樣品的干擾，則實(shí)際待測(cè)樣品中金屬鈷的吸收值為0.1586。
[0019]以圖1、圖2和圖3給出的鎳元素、鈷元素和錳元素的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為根據(jù)，通過(guò)換算可計(jì)算出待檢測(cè)的鎳鈷猛酸鋰(LiNiQ.5CoQ.2MnQ.3O2)正極材料中鎳元素摩爾質(zhì)量比例為0.5076，鈷元素摩爾質(zhì)量為0.1983，猛元素摩爾質(zhì)量為0.2994，鎳、鈷、猛三元素的摩爾比例為0.5076:0.1983:0.2994，與分子式十分吻合。
[0020]以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱(chēng)取0.1-0.2g鋰離子電池正極材料，加入檸檬酸水溶液20mL，加熱到150 °C保溫20min直至溶液澄清，將溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容得待測(cè)溶液； (2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液； (3)將待測(cè)溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數(shù)，用2%硝酸溶液定容，得待測(cè)樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對(duì)待測(cè)樣品和空白樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試其中金屬尚子對(duì)應(yīng)的吸收值； (4)分別移取一組步驟(3)中檢測(cè)的金屬離子不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液于容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液定容，采用火焰原子吸收光譜分析法測(cè)定其中金屬離子含量對(duì)應(yīng)的吸收值，繪制成待檢測(cè)金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)； (5)以標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為依據(jù)讀取待測(cè)樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對(duì)應(yīng)的金屬離子濃度，通過(guò)換算即可得到待檢測(cè)鋰離子電池正極材料中的金屬元素含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，所述的鋰離子電池正極材料為三元材料Li (NixCoyMm-x-y )02、富鋰猛基材料XLi2MnO3.(l_x)LiMn02、鎳錳酸鋰LiN1.5Mm.504、尖晶石錳酸鋰LiMn2Oh層狀錳酸鋰Li2Mn2O^鈷酸鋰LiCo02、鎳酸鋰LiNi02、鎳鈷鋁酸鋰LiNixCoyAl1-X-y02中任一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，所述梓檬酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-50%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，所述檸檬酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測(cè)的前處理方法，其特征在于，所述步驟(3)待檢測(cè)金屬元素為鎳、鈷、錳、鋁中的至少一種。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK105865876SQ201610361861
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月29日
【發(fā)明人】王啟歲
【申請(qǐng)人】合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司