全谱电感耦合等离子体光谱仪测定碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料中元素的含量

Plasma 3000型全谱电感耦合等离子体原子发射光谱测定 碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料中的Na、Fe、P元素的含量

前言

钠离子电池凭借资源和价格优势在大规模储能领域具有重要应用前景。然而，钠离子较大的半径和质量不利于它与电极材料的可逆反应。开发能够快速、稳定存储钠离子的高比能电极材料是提升钠离子电池性能的关键之一。在目前已知的正极储钠材料中，铁基磷酸盐由于成本低廉、环境友好引起广泛关注。其中，NaFePO4因理论比容量高(154 mAh g-1)和工作电位适宜脱颖而出。磷酸铁钠的复合正极材料包括磷酸铁钠复合材料，改性石墨和焦磷酸钠,通过将石墨改性，使得晶体六边形的石墨中晶体的碳碳双键部分断裂，后续与空气中的水或氧气发生反应，生成不饱和的碳氢键，再与焦磷酸钠中的焦磷酸根基团的不饱和键，引力相吸以及钠元素的路易斯碱的作用从而使得改性石墨很好地分散在焦磷酸钠上，再与磷酸铁钠复合材料混合，提高了磷酸铁钠复合材的导电性，拓宽其商业化的进程，从而提高磷酸铁钠复合材料的克容量以及循环性能。因此准确测定碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料的化学成分是其应用的重要保证。

目前，关于碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料成分的分析方法有重量法、分光光度法和滴定法等，这些方法几乎都有分析程序长、操作较复杂、只可单元素测定的缺点。因此本文选用国产全谱扫描电感耦合等离子体发射光谱仪Plasma 3000，具有可同时测定多种元素、分析速度快，检出限低并且精密度良好，动态范围宽等特点。

图1某公司研制的碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料

试剂、材料和设备

1.                      无特殊说明，本标准中试验所用水为GB/T 6682中规定的一级水；

2.                      盐酸；

3.                      硝酸；

4.                      高氯酸；

5.                      容量瓶；

6.                      微量移液器；

7.                      氩气（质量分数≥99.99%）；

8.                      电子天平；

9.                      电热板。

图2 Plasma 3000

样品制备与前处理

按照HG/T 3921 化学试剂采样及验收规则或相关行业标准进行取样和制样。

称取适量试样于微波消解罐中，用适量去离子水润湿样品后，加入混合酸，将试样置于电热板加热，待反应停止后，加入高氯酸、升高电热板温度，冒烟至近干，加入硝酸溶解盐类，取出冷却至室温，将样品无损耗转移至100mL容量瓶中，定容，摇匀。

仪器设备参数

表2 仪器设备参数

结果与讨论

待测元素谱线选择

在测定中，遵循低含量元素用灵敏线，高含量元素次灵敏线的原则，从基体干扰和背景

校正两方面考虑选出各元素的最佳测定谱线。由于已进行基体匹配，只考虑光谱干扰和背景影响确定分析谱线，选择灵敏度高且无共存元素干扰的谱线作为分析线，为提高灵敏度，对多数低含量分析元素采用扣除背景方式进行测定。    

图3  Fe元素谱图及工作曲线

图4 Na元素谱图及工作曲线

图5 P元素谱图及工作曲线

从以上各元素谱图和线性关系来看，符合方法学要求，均满足测试的需要。

精密度

参照GB/T 6379.2-2004测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 第2部分；确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法分别对同一样品在重复条件下进行6次平行实验得到精密度，其结果如表4所示：

表4 精密度检测数据

方法检出限和加标回收率

测试该方法的检出限，看是否满足低含量要求。由于没有相应的标准样品，为了验证该方法的准确性，通过样品加标液做回收率验证

表5 方法检出限和加标回收率

从检出限和加标回收率看，该方法能够满足分析测试的要求。

结论

采用钢研纳克生产的Plasma 3000型电感耦合等离子体发射光谱仪建立了碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料中的Na、Fe、P的测定方法，该方法经过加标回收率验证，其测试结果在允许差范围内，重复性均在要求范围内，重复性均在要求范围内，可实现快速准确测定碳纳米管复合磷酸铁钠正极材料中的Na、Fe、P含量。