Plasma 3000型全譜電感耦合等離子體原子發射光譜測定 碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P元素的含量

前言

鈉離子電池憑借資源和價格優勢在大規模儲能領域具有重要應用前景。然而，鈉離子較大的半徑和質量不利于它與電極材料的可逆反應。開發能夠快速、穩定存儲鈉離子的高比能電極材料是提升鈉離子電池性能的關鍵之一。在目前已知的正極儲鈉材料中，鐵基磷酸鹽由于成本低廉、環境友好引起廣泛關注。其中，NaFePO4因理論比容量高(154 mAh g-1)和工作電位適宜脫穎而出。磷酸鐵鈉的復合正極材料包括磷酸鐵鈉復合材料，改性石墨和焦磷酸鈉,通過將石墨改性，使得晶體六邊形的石墨中晶體的碳碳雙鍵部分斷裂，后續與空氣中的水或氧氣發生反應，生成不飽和的碳氫鍵，再與焦磷酸鈉中的焦磷酸根基團的不飽和鍵，引力相吸以及鈉元素的路易斯堿的作用從而使得改性石墨很好地分散在焦磷酸鈉上，再與磷酸鐵鈉復合材料混合，提高了磷酸鐵鈉復合材的導電性，拓寬其商業化的進程，從而提高磷酸鐵鈉復合材料的克容量以及循環性能。因此準確測定碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料的化學成分是其應用的重要保證。

目前，關于碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料成分的分析方法有重量法、分光光度法和滴定法等，這些方法幾乎都有分析程序長、操作較復雜、只可單元素測定的缺點。因此本文選用國產全譜掃描電感耦合等離子體發射光譜儀Plasma 3000，具有可同時測定多種元素、分析速度快，檢出限低并且精密度良好，動態范圍寬等特點。

圖1某公司研制的碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料

試劑、材料和設備

1.                      無特殊說明，本標準中試驗所用水為GB/T 6682中規定的一級水；

2.                      鹽酸；

3.                      硝酸；

4.                      高氯酸；

5.                      容量瓶；

6.                      微量移液器；

7.                      氬氣（質量分數≥99.99%）；

8.                      電子天平；

9.                      電熱板。

圖2 Plasma 3000

樣品制備與前處理

按照HG/T 3921 化學試劑采樣及驗收規則或相關行業標準進行取樣和制樣。

稱取適量試樣于微波消解罐中，用適量去離子水潤濕樣品后，加入混合酸，將試樣置于電熱板加熱，待反應停止后，加入高氯酸、升高電熱板溫度，冒煙至近干，加入硝酸溶解鹽類，取出冷卻至室溫，將樣品無損耗轉移至100mL容量瓶中，定容，搖勻。

儀器設備參數

表2 儀器設備參數

結果與討論

待測元素譜線選擇

在測定中，遵循低含量元素用靈敏線，高含量元素次靈敏線的原則，從基體干擾和背景

校正兩方面考慮選出各元素的最佳測定譜線。由于已進行基體匹配，只考慮光譜干擾和背景影響確定分析譜線，選擇靈敏度高且無共存元素干擾的譜線作為分析線，為提高靈敏度，對多數低含量分析元素采用扣除背景方式進行測定。    

圖3  Fe元素譜圖及工作曲線

圖4 Na元素譜圖及工作曲線

圖5 P元素譜圖及工作曲線

從以上各元素譜圖和線性關系來看，符合方法學要求，均滿足測試的需要。

精密度

參照GB/T 6379.2-2004測量方法與結果的準確度(正確度與精密度) 第2部分；確定標準測量方法重復性與再現性的基本方法分別對同一樣品在重復條件下進行6次平行實驗得到精密度，其結果如表4所示：

表4 精密度檢測數據

方法檢出限和加標回收率

測試該方法的檢出限，看是否滿足低含量要求。由于沒有相應的標準樣品，為了驗證該方法的準確性，通過樣品加標液做回收率驗證

表5 方法檢出限和加標回收率

從檢出限和加標回收率看，該方法能夠滿足分析測試的要求。

結論

采用鋼研納克生產的Plasma 3000型電感耦合等離子體發射光譜儀建立了碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P的測定方法，該方法經過加標回收率驗證，其測試結果在允許差范圍內，重復性均在要求范圍內，重復性均在要求范圍內，可實現快速準確測定碳納米管復合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P含量。