使用 ICP-OES测定电池级硫酸锰中的杂质元素

　　前言随着全球碳中和时代的到来，锂电池成为近年来迅速发展的新能源之一，并广泛应用于动力汽车和储能系统中。锂电池在生产过程中涉及对成品和多种原材料中元素杂质的检测。硫酸锰是锂电池正极材料中一种重要的原材料，目前中国行业标准《电池用硫酸锰》(HG/T 4823-2015) 对硫酸锰中各元素杂质提出了限值要求并规定了检测方法，其中对部分元素采用 ICP-OES、分光光度法和火焰原子吸收法等[1]。由于锰基体的存在，Pb、Si、Cd 和 Ni 等元素受到较强的光谱峰干扰。采用分光光度法和火焰原子吸收法虽然能克服部分谱峰干扰，但存在操作过程繁琐、线性范围窄且多元素不能同时分析等缺点，对分析结果的准确性和分析效率会产生一定的影响。本研究基于 ICP-OES 快速、准确的特点，结合 FACT 快速自动曲线拟合背景校正技术，开发出一种准确测定 15 种低含量杂质元素的分析方法。该方法性能出色，可满足杂质日常快速准确分析的要求。
 

　　实验部分试剂和样品盐酸为电子级，购于 VWR 试剂公司；硝酸为电子级，购于安谱公司；所用实验用水为 Millipore Milli-Q 超纯水系统现制备的高纯去离子水；100 µg/mL 多元素混合标准溶液由安捷伦科技公司提供，部件号为 5190-9418；1000 µg/mL Si 单元素标准溶液储备液同样由安捷伦科技公司提供，部件号为 5190-8521；样品为市售产品。仪器和设备采用 Agilent 5800 ICP-OES 系统(部件号 G8018AA)，配备如下安捷伦模块：垂直双向观测系统、5 通道蠕动泵、双通道玻璃进样系统、专有中阶梯光栅分光系统和 VistaChip III CCD 检测器。仪器操作条件见表 1。

　　标准品配制首先称取 10.0 g(精确称至 0.1 mg)高纯固体硫酸锰基体于聚四氟乙烯坩埚中，然后用 1% 硝酸溶解，待溶液澄清后，转移并定容至 200 mL 容量瓶中，此溶液作为基体母液。分别移取不同体积多元素混合标准储备液和 10 mL 上述硫酸锰基体母液，以 1% HNO3 为介质，配制得到 50 mL，各元素浓度分别为0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 µg/mL (ppm) 的一组混合校准标样；同时，再分别移取不同体积 Si 元素单标溶液和 10 mL 硫酸锰基体母液，以 1% HNO3 为介质，配制得到 50 mL，浓度分别为0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 µg/mL (ppm) 的另外一组混合校准标样。
 

　　样品前处理分别准确称取 0.50 g(精确称至 0.1 mg)1#、2# 和 3# 待测硫酸锰样品于聚四氟乙烯坩埚中，分别加入一定体积 1% HNO3，待样品溶解后，转移并继续用 1% HNO3 定容至 50 mL 容量瓶中，直接上机测试。
 

　　结果与讨论校准曲线和背景校正表 2 为在 0 .0–2.0 µg/mL 浓度范围内各元素分析波长、背景校正方式、校准曲线线性回归方程和线性相关系数汇总表。从中可以看到，各元素校准曲线相关系数均大于 0.9999，表明该方法在 0.0–2.0 µg/mL 的浓度范围内具有良好的线性。背景校正方式默认采用自动拟合方式，对于有谱线干扰的元素则选择 FACT 校正方式扣除干扰的影响。