摘要：本文介绍了一种使用 agilent 5110 电感耦合等离子体发射光谱仪 (icp-oes) 分析石墨类 负极材料中多种杂质元素的方法，并对该方法进行了系统验证。该方法的加标回收率在 90%–110% 之间，且 2.5 h 稳定性实验结果的相对标准偏差 (rsd) 小于 1.5%，证明该方 法具有良好的准确度和稳定性，适用于对多品牌、多批次石墨类负极材料中的杂质元素进 行分析。
前言：负极材料作为锂离子电池的四大材料之一，能够可逆地进行脱/ 嵌锂离子。目前主流的负极材料仍然是石墨类负极材料。随着电 池能量密度的提升，石墨类负极材料的容量利用率逐渐接近理论 值，同时压实密度越来越高，这就要求石墨类负极材料的稳定性 也要随之提高。石墨类负极材料中的杂质含量对其稳定性有着重 要影响，因此如何有效测定并除去石墨类负极材料中的微量杂质 元素变得尤为重要。 铁 (fe) 元素的含量是石墨类负极材料等级划分的重要指标之一： fe 含量越低，则级别越高。因此 fe 是目前石墨类负极材料中必 测的元素之一。另外，为优化电池的循环性能（提升充放电次 数），石墨类负极材料生产工艺中往往会进行包覆和掺杂流程， 而在这些流程中有可能引入其它元素。准确测定这些元素的含量 成为提升产品品质的前提。 本文针对上述问题，开发出一种快速、准确地测定石墨类负极材 料中 fe、al、as、ba、be、cd、co、cr、cu、k、mg、mn、 na、ni、pb、sr、v 和 zn 等 18 种元素的 icp-oes 方法。
实验部分 试剂、标准品和样品 高纯硝酸和高纯盐酸购于苏州晶瑞公司；10 mg/l 多元素标准溶 液 2a 购于安捷伦科技公司（部件号 8500-6940）；实验用水为 millipore milli-q 超纯水系统现制备的高纯去离子水；样品为市售 产品。
仪器和设备 采用 agilent 5110 电感耦合等离子体发射光谱仪 (icp-oes)，该仪 器在水平观测模式下测量低浓度杂质元素时具有较高的灵敏度； 配备 vista chip ii 检测器，处理速度达 1 mhz，整个波长范围一 次测量一次读出，在 1 min 内即可完成所有元素谱线的测量；该 仪器具有高通量、高灵敏度和宽动态范围等特点。 milestone ethos one 微波消解仪；labtech vb24 赶酸仪； mettler-toledo ms204s 万分之一电子天平；millipore milli-q 超纯 水系统。
标准溶液和样品溶液的配制 取 1 ml 多元素标准溶液 2a，用 2% (v/v) 硝酸溶液定容至 10 ml， 配制成 1 mg/l 的标准系列 1 溶液；分别取 50、100、250、 500 和 1000 μl 标准系列 1 溶液，用 2% (v/v) 硝酸溶液定容至 5 ml，配制成 0.01、0.02、0.05、0.1 和 0.2 mg/l 系列标准 溶液。 石墨类负极材料样品消解步骤[1]：准确称取石墨粉 0.5 g（精确到 0.0001 g），加入 5 ml 王水和 5 ml 去离子水，放入微波消解仪 进行程序升温。消解完成后，冷却至室温，开盖后置于赶酸仪上 赶至近干。然后转移到 50 ml 塑料容量瓶中，并用高纯水定容至 刻度。静止后，取上清液上机测量。每个样品设置 2 个平行试验 组、2 个加标组，同时设置 2 个样品空白组。
仪器条件 观测方式 水平观测 炬管 标配一体化炬管 雾化器 seaspray 高盐雾化器 雾化室 双通道玻璃旋流雾化室 读取时间 (s) 10 重复次数 3 样品提升延迟 (s) 12 稳定时间 (s) 10 快泵 (rpm) 60 泵速 (rpm) 12 rf 功率 (kw) 1.2 等离子体流速 (l/min) 12 辅助气流速 (l/min) 1.0 雾化气流速 (l/min) 0.65
结果与讨论 标准曲线 在石墨类负极材料中的杂质元素分析中，采用标准曲线法进行定 量分析。通过标准曲线结果发现，所考察的 18 种元素的线性相 关系数均大于 0.9995，这些元素的线性回归方程和相关系数列于 表 1 中，其中 fe 元素的标准曲线示例见图 1。
方法检测限、样品含量和加标回收率 在分析过程中连续测定 11 次样品空白溶液，由此计算得出方法 检测限 (mdl)。本文所考察的 18 种杂质元素的方法检测限如表 2 所示。
长期稳定性 采用石墨类负极样品 b 的加标溶液（加标浓度均为 0.025 mg/l） 来进行长期稳定性实验。样品加标溶液连续测试 2.5 h，所测得 的杂质元素结果的相对标准偏差 (rsd) 如表 4 所示。从中可以看 出，所考察的 18 种杂质元素的测定结果 rsd 均小于 1.5%，表明 该方法在进行石墨类负极材料中杂质元素的分析时具有较好稳定 性和可靠性。
结论 目前国内锂电池行业主要以 fe 含量判断石墨类负极材料的纯度 级别，但其它金属元素的含量也影响负极材料的品质。本文建立 了石墨类负极材料中 18 种杂质元素（含 fe 在内）同时检测的方 法，有效扩展了该材料纯度评价的全面性，并通过检测限、加标 回收率和稳定性实验验证了该方法的可靠性，为今后更高纯度负 极材料的定级提供了有力的方法支持。
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