一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法
【專利摘要】本發明公開一種鋰離子電池正極材料中金屬元素檢測的方法，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，定容得待測溶液；將待測溶液稀釋一定倍數制成待測樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法檢測其中金屬離子對應的吸收值；以相同方法測試不同濃度梯度金屬離子吸收值繪制的吸收值?金屬離子濃度標準曲線為根據讀取待測樣品中金屬離子含量，扣除空白樣品吸的干擾后，通過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。本發明的檢測方法中對鋰離子電池正極材料的前處理方法沒有使用強酸和強堿類危險化學品，也沒有使用微波消解儀，檢測方法高效、簡便、檢測成本低。
【專利說明】一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體是一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法。
【背景技術】
[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鍵指標。目前，檢測鋰離子電池正極材料中金屬元素常用的檢測方法可通過原子吸收光譜來測定;然而原子吸收光譜分析方法的局限性是只能檢測溶液中金屬離子，對固態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。這就涉及到需要在檢測前通過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，傳統的前處理方式為采用微波消解儀來進行溶解，消解需要選用硝酸，混酸等強酸，同時需要較高的溫度;消解的過程費時費力，同一樣品需要反復消解才可以消解完全。微波消解儀操作過程繁瑣，并且用到各種強酸，安全系數低，因此，需要一種更簡便和安全的方法來對處理鋰離子電池正極材料制備成金屬離子溶液。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明提出一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案實現:
一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)稱取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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測溶液；
(2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
(3)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用2%硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試其中金屬尚子對應的吸收值；
(4)分別移取一組步驟(3)中檢測的金屬離子不同濃度梯度的標準溶液于容量瓶中，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，采用火焰原子吸收光譜分析法測定其中金屬離子含量對應的吸收值，繪制成待檢測金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標準曲線；
(5)以標準曲線為依據讀取待測樣品吸收值對應的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對應的金屬離子濃度，通過換算即可得到待檢測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量分數為5-50%。
[0008]所述檸檬酸水溶液的質量分數為20%。
[0009]所述步驟(3)待檢測金屬元素為鎳、鈷、錳、鋁中的至少一種。
[0010]本發明的有益效果:
(1)本發明中對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合作用來完成，處理方式高效、簡便;本處理方式沒有使用強酸和強堿類危險化學品，也沒有使用微波消解儀，安全系數高；同時前處理原料來源廣泛，無毒無害，價格低廉，檢測成本低；
(2)本發明對金屬離子的檢測十分快捷，不僅可以檢測鋰離子電池正極材料中某一種金屬元素含量，還可以通過本發明來檢測鋰離子電池正極材料不同金屬元素的摩爾比例。
【附圖說明】
[0011]圖1為金屬鎳離子的吸收值-金屬離子濃度標準曲線。
[0012]圖2為金屬鈷離子的吸收值-金屬離子濃度標準曲線。
[0013]圖3為金屬錳離子的吸收值-金屬離子濃度標準曲線。
【具體實施方式】
[0014]一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，包括以下步驟:
(1)稱取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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測溶液；
(2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
(3)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用2%硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試其中金屬尚子對應的吸收值；
(4)分別移取一組步驟(3)中檢測的金屬離子不同濃度梯度的標準溶液于容量瓶中，用體積分數為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定其中金屬離子含量對應的吸收值，繪制成待檢測金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標準曲線；
(5)以標準曲線為依據讀取待測樣品吸收值對應的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對應的金屬離子濃度，通過換算即可得到待檢測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準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測試分別檢測不同離子濃度的鎳、鈷、錳三種金屬離子的吸收值，以吸收值為基礎分別繪制擬合為對應的鎳、鈷、錳三種金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標準曲線，結果列于圖1、圖2、圖3。
[0016]實施例1
1、稱取0.1g的錳酸鋰(LiMn2O4)正極材料，加入20ml質量分數為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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測溶液；
2、將20mL質量分數為40%的檸檬酸水溶液轉移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測溶液和空白溶液分別稀釋40倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬錳元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測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-金屬離子濃度標準曲線為根據，通過換算可計算出待檢測的錳酸鋰(LiMn2O4)正極材料中錳元素摩爾質量為1.9872，與分子式中錳元素摩爾質量十分吻合。
[0017]實施例2
1、稱取0.18的鎳錳酸鋰(1^祖().51111.504)正極材料，加入201111質量分數為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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測溶液；
2、將20mL量分數為30%的檸檬酸水溶液轉移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測溶液和空白溶液分別稀釋40倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬錳元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測樣品中金屬錳的吸收值為0.2596;
4、將待測溶液和空白溶液分別稀釋10倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬錳元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測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-金屬離子溶度標準曲線為根據，通過換算可計算出待檢測的鎳錳酸鋰仏丨祖^…加-⑷^正極材料中鎳元素摩爾質量比例為。』。…，錳元素摩爾質量為1.4976，鎳與錳的摩爾比例為0.5019:1.4976，與分子式十分吻合。
[0018]實施例3
1、稱取0.18的鎳鈷錳酸鋰(1^祖0.5(:0().#11().302)正極材料，加入201111質量分數為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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得到待測溶液；
2、將20mL量分數為20%的檸檬酸水溶液轉移至100mL容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液；
3、將待測溶液和空白溶液分別稀釋20倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬錳元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測樣品中金屬錳的吸收值為0.2014;
4、將待測溶液和空白溶液分別稀釋20倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬鎳元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測樣品中金屬鎳的吸收值為0.1503;
5、將待測溶液和空白溶液分別稀釋10倍，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試待測樣品和空白樣品的金屬鈷元素對應的吸收值，檢測結果顯示待測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，則實際待測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-金屬離子濃度標準曲線為根據，通過換算可計算出待檢測的鎳鈷猛酸鋰(LiNiQ.5CoQ.2MnQ.3O2)正極材料中鎳元素摩爾質量比例為0.5076，鈷元素摩爾質量為0.1983，猛元素摩爾質量為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]以上內容僅僅是對本發明結構所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱取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，將溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容得待測溶液； (2)將20mL步驟(I)檸檬酸水溶液轉移到100ml容量瓶中以去離子水定容，得空白溶液； (3)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用2%硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，采用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測，測試其中金屬尚子對應的吸收值； (4)分別移取一組步驟(3)中檢測的金屬離子不同濃度梯度的標準溶液于容量瓶中，用體積分數為2%的硝酸溶液定容，采用火焰原子吸收光譜分析法測定其中金屬離子含量對應的吸收值，繪制成待檢測金屬元素的吸收值-金屬離子濃度標準曲線； (5)以標準曲線為依據讀取待測樣品吸收值對應的金屬離子濃度，扣除空白樣品吸收值對應的金屬離子濃度，通過換算即可得到待檢測鋰離子電池正極材料中的金屬元素含量。2.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，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.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，其特征在于，所述梓檬酸水溶液的質量分數為5-50%。4.根據權利要求3所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，其特征在于，所述檸檬酸水溶液的質量分數為20%。5.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料中金屬離子檢測的前處理方法，其特征在于，所述步驟(3)待檢測金屬元素為鎳、鈷、錳、鋁中的至少一種。
【文檔編號】G01N21/31GK105865876SQ201610361861
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月29日
【發明人】王啟歲
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司