目前我国正值汽车工业发展的重要时期，新能源汽车开启了我国汽车工业发展的新篇章，为汽车工业的高效发展提供了新的动力源泉。新能源汽车使用的锂离子电池已成为市场和研发的热点。锂离子电池的性能主要取决于其正负极材料。传统的锂电池材料通常使用金属锂或其合金作为正极材料。但随着我国科学技术的发展，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池逐步得到推广应用，开启了锂电行业的高效模式，其循环性寿命和安全性远远优于传统的锂电池。但磷酸铁锂中的金属元素含量过多，会严重影响锂离子电池的安全性能，因此测定磷酸铁锂中的锌、铜、铝、锰等元素含量具有非常重要的意义。
样品前处理是金属元素分析的重要环节。本文采用微波消解和石墨消解2种方法对正极材料磷酸铁锂进行前处理，通过ICP-MS测定其金属元素含量，比较其消解效果。
1.试剂
盐酸(优级纯，ρ≈1.19 g/mL)
2.仪器与材料
A8微波消解仪（格丹纳）
智能石墨消解仪（格丹纳）
万分之一电子天平
石墨消解管（聚四氟乙烯，50 mL）
微波消解罐（聚四氟乙烯，100 mL）
滤纸
移液枪
3.样品
样品：磷酸铁锂-1 、 磷酸铁锂-2
使用前将样品取出放置于坩埚中，干燥3 h（100 ℃），烘干后置于干燥器中冷却后备用。
3.石墨消解法
称取适量样品（精确到0.0001 g）于石墨消解管中，用少量水润湿，加入 20 mL盐酸，盖上回流盖放置于智能石墨消解仪中，设置好消解程序（如表1所示）并启动，直至消解结束。待样品冷却后定容至50mL，用滤纸过滤后上ICP-MS进行测定。
| 表1 石墨消解仪消解程序 | |||
| 程序步骤 | 温度 （℃） |
升温时间 （min） |
保持时间 （min） |
| 1 | 100 | 5 | 2 |
| 2 | 130 | 3 | 5 |
（称样）
↓
（加酸）
↓
（石墨消解程序）
↓
（样品消解）
↓
（消解后状态）
↓
（定容）
↓
（样品过滤）
4.微波消解法
称取适量样品（精确到0.0001g）置于微波消解罐中，用少量水润湿，再加入5 mL盐酸，拧紧盖子后放置于A8微波消解仪中，设置好消解程序（如表2所示）并启动，直至消解结束。待样品冷却后定容至50mL，用滤纸过滤后，上ICP-MS进行测定。
| 表2 微波消解仪消解程序 | |||
| 程序步骤 | 温度 （℃） |
升温时间 （min） |
保持时间 （min） |
| 1 | 100 | 3 | 1 |
| 2 | 115 | 2 | 1 |
| 3 | 130 | 2 | 5 |
（称样）
↓
（加酸）
↓
（消解前状态）
↓
（样品置入微波仪）
↓
（微波消解程序）
↓
（样品消解）
↓
（消解后状态）
↓
（定容）
↓
（样品过滤）
5.检测结果
表3 磷酸铁锂中金属元素检测含量
样品 |
消解 方式 |
Zn |
Cu |
Al |
Mn |
磷酸铁锂 -1 |
微波 |
10.24 |
0.00 |
40.65 |
141.49 |
石墨 |
8.75 |
0.63 |
37.52 |
135.56 |
|
磷酸铁锂 -2 |
微波 |
0.00 |
0.36 |
19.28 |
42.24 |
石墨 |
0.00 |
0.00 |
15.66 |
38.11 |
|
样品 |
消解 方式 |
Cd |
Pb |
Co |
-- |
磷酸铁锂 -1 |
微波 |
0.00 |
0.00 |
3.65 |
-- |
石墨 |
0.01 |
0.06 |
3.42 |
-- | |
磷酸铁锂 -2 |
微波 |
0.00 |
0.13 |
1.33 |
-- |
石墨 |
0.00 |
0.20 |
1.14 |
-- |
从表3结果数据可以看出，两种前处理方法都能准确检测出磷酸铁锂中锌、铜、铝、锰、镉、铅和钴金属元素的含量。
6.结论
采用微波消解和石墨消解都能满足磷酸铁锂中金属元素的检测需求。A8微波消解仪具有消解速度快、试剂用量少、消解体系封闭、避免元素挥发损失和样品的污染等优点。智能石墨消解仪具有操作简单、平均温差较小、重复性好、可实时监控、安全性高等优点。
本文中实验仪器介绍：
A8微波消解仪消解快速高效，20分钟内完成绝大部分有机/无机/液体/固体样品的处理，对食品及生物样品特别有效，密封消化避免了一些能形成易挥发组分如砷、硒、汞的损失，并且外源性污染少。
使用A8微波消解的优势：
1、通常采用2450MHz的微波，变频双磁控管高能微波场发射，非脉冲连续微波输出。
2、大多数传统试剂在微波消解中仍然可以使用，且用于消解的酸类不会因为其活性成分的蒸发而降低或失去其强度。
3、正常工作状态下消解罐完全密闭无泄露。密闭微波消解可通过提高温度／压力协助反应，使反应物在特定温度下发生快速分解，减少分解所需的时间，提高工作效率。
4、由于微波消解试剂用量少且密闭，可消除由于空气传播的微粒或渗出现象而导致的样品污染。因此有较低的空白值。
5、垂直/水平双向波导设计，实现三维输出。通过温压控制可以保证消解的质量，保证反应一致的平行性和重复性。
6、内置大功率离心风机，消解完成后自动原位快速冷却罐体，10min左右温度从200℃降到安全温度，缩短降温降压时间。
产品优势：
1、新型消解仪的导热石墨表面特氟龙涂层，在长期高温加热的情况下，不会产生掉粉、脱粒、破损等被氧化的现象。
2、先进的PID软件控温技术，控温精确、稳定、均匀，炉内平均温差较小，样品消解效果好。
3、环绕立体式加热，使样品各部位受热均匀，防止了热量的散失。
4、孔数可定制，处理量倍数于微波消解仪，大批量处理，缩短实验时间。
