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        锂离子电池具有能量密度高，循环性能好等诸多优良特性，已广泛地应用于便携式电子产品、通讯工具、电动汽车及储能设备等方面。锂离子电池性能的发挥在很大程度上取决于正负极材料。近年来，研究发现锂离子电池正负极材料中含有磁性金属杂质，不仅会降低材料的比容量和能量密度，而且有些磁性杂质易溶解在电解液中，发生一系列副反应，导致电池的使用寿命、一致性和安全性能降低。因此，如何准确检测锂离子电池负极材料中磁性物质含量是锂离子电池界急需解决的问题。

        目前国内执行的负极材料产品标准为《锂离子电池石墨类负极材料》（GB/T24533-2019），该标准主要对产品的等级、理化指标等做出规定，同时也对磁性物质的含量测定及标准限值做出规定。严格按照检测标准进行操作及测定，利用磁棒进行吸附消解，采用电感耦合等离子发射光谱法进行磁性元素的测定，为石墨类锂电子电池材料提供基础数据。

本文参照《锂离子电池石墨类负极材料》（GB/T24533-2019），使用电感耦 合等离子发射光谱法，使用 EXPEC 6500D 型 ICP-OES 仪器上机测试正负极材料样品中铁、锌、铬、镍、钴等元素。样品经磁棒吸附后，使用电热板消解后 直接上机测试，同时使用 ICP-OES 仪器同时测定多种元素大大提升样品检测效率，通过方法验证及实际样品测试，该方法能够实现正负极材料样品中铁、锌、铬、镍、钴元素的准确测试。

关键词：正负极材料；磁性物质；ICP-OES

实验部分

仪器

表 1 电感耦合等离子发射光谱

表 2 电感耦合等离子光谱仪检测参数

试剂及标准品

        试剂：分析纯无水乙醇、优级纯硝酸、优级纯盐酸；

         纯水：18.2 MΩ·cm 去离子水；

        ;标准溶液：铁、锌、铬、钴、镍单元素标准溶液，ρ = 1000 μg/mL，国家有色金属研究院。

        高纯粉末：铁、锌、铬、钴、镍金属粉末。

样品处理

        样品磁性材料测试处理： 参照《 锂离子电池石墨类负极材料》（GB/T24533-2019），准确称量样品 200 g（精确至 0.001 g），置于聚四氟乙烯样品罐中，加入 300 mL 无水乙醇并放入清洗干净的磁棒，盖紧罐盖，充分摇匀后，将样品罐置于滚动装置上，在转速为 70r/min 条件下滚动 30 min 并摇晃数次（至少 3 次），滚动完毕后，取出磁棒，放入锥形瓶中，用水清洗后，加入50 ml 无水乙醇并进行超声 20 s（重复 3 次），用纯水清洗干净，再向装有磁棒的锥形瓶中加入 1.5 ml 硝酸和 4.5 ml 盐酸及 50 ml 纯水于电热板上加热，微沸 30 min 后定容至 50 ml，同步做空白，待上机测试。

标准曲线

        用精密移液器分别量取单元素标准溶液配制的混标稀释得到的标准溶液浓度梯度见表 3。

表 3 标准溶液浓度梯度表

标准曲线与检出限

        在选定的最佳条件下，选择干扰最小的谱线以保证数据准确度，所有待测元素标准曲线的线性相关系数值均大于 0.99995，线性较好。以全程序空白连续分析 11 次，以 3 倍标准偏差所对应的浓度计算各元素检出限，见表 4。

表 4 测定元素谱线、相关系数及检出限

精密度测试

        使用负极材料加标样品进行精密度测试，测定 7 组平行样品根据测试评价精密度结果，各元素精密度 RSD%＜3.0 %。

加标回收率测试

        分别对正极材料和负极材料两个样品进行加标回收率测试，各元素按照相应含量合适加标上机测试，以 3 次加标样品测试结果均值，计算加标回收率； 结果见表 6 和表 7，两个样品各元素加标回收率均在 92.2%-109%之间。

表 5 正极材料待测元素加标回收率测试结果(单位: %)

注：N.D.为未检出。

表 6 负极材料待测元素加标回收率测试结果(单位: %)

注：N.D.为未检出。

实际样品测试

        电池正负极材料磁性物质参照《 锂离子电池石墨类负极材料》（GB/T24533-2019）标准方法检测，按照标准需取样 200 g，最终定容至 50 mL, 测试结果见表 8 和表 9，样品测试结果具有良好的平行性和稳定性，仪器检测结果稳定可靠。

表 7 正极材料样品测试结果(单位: mg/kg)

注：N.D.为未检出。

表 8 负极材料样品测试结果(单位: mg/kg) 

注：N.D.为未检出。

结论

        本文利用磁棒对正负极材料样品中的磁性物质进行吸附，并对磁棒进行消解，消解液直接 ICP-OES 仪器上机测试，建立了 EXPEC 6500D 型 ICP-OES 仪器上机测试正负极材料样品中铁、锌、铬、钴、镍元素同时测试方法。样品中待测各元素线性系数 r＞0.99995，精密度测试结果 RSD%＜3.0%，表明测试具有较好的稳定性和精密度，各元素加标回收率范围 92.2%-109%，通过方法验证及实际样品测试，该方法能够有效实现正负极材料样品中铁、锌、铬、钴、镍元素的准确测试。

附录

EXPEC 6500D 型 ICP-OES 配置清单