鋰鎳鈷錳氧化物（LNCM）是三元鋰電池的關鍵正極材料，具有比磷酸鐵鋰電池更高的電容量和更低的成本。氯（Cl）是一種可能影響電池效率和存儲容量的雜質。因此，根據《中華人民共和國有色金屬行業標準》(YS/T928.1-2013)的規定，為了質量控制，需要對LNCM中存在的Cl進行監測。
常規的測試方法包括硝酸銀比濁法和離子選擇電極法，但這兩種技術的靈敏度低，檢出限較差，約0.01%。相比之下，電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）是一種功能強大的元素分析技術，具有出色的檢測限和非常高的靈敏度，非常適合測定正極材料及其前驅體中的Cl。
使用ICP-MS測定正極及其前驅體中的Cl時存在一些挑戰，如Cl低下的電離效率，以及較高的總溶解性固體(TDS)帶來的基質效應(后一個問題可以通過稀釋有效解決)。相較需要格外溶劑與前處理時間的液體稀釋法不同，某些ICP-MS系統提供的在線氣體稀釋可通過減少分析誤差、污染和樣品制備時間，為實際應用帶來優勢。
此次項目使用了配備全基質溶液（AMS）在線氣體稀釋功能的珀金埃爾默NexION® 1100G ICP-MS，討論了LNCM中Cl的測定。
1 實驗條件
樣品制備
將正極粉末及前驅體粉末(各約0.5 g)準確稱入50 mL離心管中，加入4 mL濃硝酸。蓋子松開，使樣品在120°C選消解一小時。消解結束后冷卻，用超純水稀釋至50 mL，接著進行分析。
標準控制和質量控制
使用鍺作為內標元素，使用標準曲線法進行定量分析。在缺少認證標準物質的情況下，在正極和前驅體樣品中加入1 ppm Cl作為既標回收率實驗，以驗證方法的準確性。
儀器參數
對于該方法中使用的樣品溶液，其總溶解固體經計算約為1%，由于嚴重的基質效應，這樣的數值對于常規ICP-MS分析來說是一個挑戰。珀金埃爾默的NexION ICP-MS系列配備了獨特的大孔徑采樣錐和截取錐以及AMS氣體稀釋系統，可以準確和精密地分析高TDS樣品。本實驗所有數據的測定均使用NexION 1100G ICP-MS，方法設置如表1所示，條件和硬件如表2所示。
表1.方法設置(點擊查看大圖)
表2.條件和硬件
2 結果和討論
如圖1所示，標曲曲線相關系數大于0.99999，表現出良好的定量分析能力。
圖1.Cl外標校準曲線
本測試中內標和基質加標樣品的回收率均在±25%以內(表3)，符合行業要求。考慮稀釋因素，方法檢出限為3.2 mg/kg。因此，該方法非常適用于鋰電池材料中Cl的測定。
表3.加標回收率結果
結論
這項工作證明了珀金埃爾默的NexION 1100G ICP-MS能夠精確測量正極材料及其前驅體中的氯含量，是進行鋰電池雜質測試的QC實驗室的理想選擇。該儀器專有的三錐接口帶有大孔徑錐和全基質溶液氣體稀釋系統，可以準確和精密分析高TDS樣品。
耗材
參考資料
1.NexION 1100 ICP Mass Spectrometer, PerkinElmer Interactive Brochure, 2024.
2.All Matrix Solution System for NexION ICP-MS Platforms, PerkinElmer Product Note, 2023.
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