

一、应用概述
磷酸铁锂正极材料以其安全性和经济性,越来越受到重视。其前驱体为锂盐和磷酸铁,常用方法为固相合成法。磷酸铁前驱体中磷、铁含量及比例控制是产品质量的要素,磷酸铁锂中锂、铁、磷含量与摩尔比是锂离子电池性能的保证。
通常采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)测定杂质元素含量;火焰光度法测定锂含量;钼酸喹啉称量法测定磷含量;重铬酸钾滴定法测定铁含量等。采用多种分析方法繁琐且耗时耗力,无法满足生产过程中实时质量控制需求。
代表XRF发展水平的单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪,可以同步分析磷酸铁锂材料中主量元素以及微量杂质。采用全谱拟合的全息基本参数法-Holospec FP 2.0,结合HS XRF,可精确测定锂(Li)含量。同时具备制样简单、分析速度快、成本低等特点,为磷酸铁锂材料元素测定提供先进的解决方案。
二、 方法原理
1)硬件核心技术:单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪(HS XRF®)
发明专利:ZL 2017 1 0285264.X
X 射线管出射谱经双曲面弯晶单色化聚焦入射样品,消除X射线管韧致辐射所产生的散射线背景,同时光路设计为偏振消光光路,进一步降低单色化入射射线散射线背景。
聚焦激发,增加有限的SDD窗口面积接收样品元素荧光射线强度,实现对元素的高灵敏度检测。
2)软件核心技术:全息基本参数法(Holospec FP 2.0)
参数法(FP: Fundamental Parameters method)是X射线荧光领域的核心算法和研究重点。安科慧生研发人员历时十几年,颁布全息基本参数法-Holospec FP 2.0,将基本参数法的应用提升到前所未有的水平。
Holospec FP与常规FP区别:
1) 全谱拟合:当前唯一采用全谱拟合的基本参数法
2) 完整性:基本参数库结合先进的数学模型(Advanced MM),从而完成对XRF整个物理学过程的数字化描述
3) 快速:CPU多核并行运算结合GPU单元,采集谱图与海量运算同步完成
4) 可视化与支持用户开发:可视化图形界面与开放的参数设置
Holospec FP功能与优势:
1) 通过精确计算消除(或减少)XRF物理学各种效应
2) 达到元素无标定量分析精度
3) 减少标准物质要求,快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和扩展样品适应性
三、 性能数据
1)谱图
图1:单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪磷酸铁谱图
说明:采用单色化激发技术,取得对轻元素(P等)极佳的灵敏度与分辨率,是重复性精度的保证。
2)重复性精度
表1:磷酸铁重复性测试
样品名称 |
分析次数 |
Fe(%) |
P(%) |
O(%) |
Fe/P摩尔比 |
Raw FP |
Raw FP |
Raw FP |
磷酸铁101 |
1 |
36.39 |
20.65 |
42.68 |
0.9770 |
磷酸铁101 |
2 |
36.37 |
20.66 |
42.69 |
0.9763 |
磷酸铁101 |
3 |
36.32 |
20.67 |
42.72 |
0.9741 |
磷酸铁101 |
4 |
36.36 |
20.66 |
42.70 |
0.9757 |
磷酸铁101 |
5 |
36.37 |
20.66 |
42.70 |
0.9760 |
磷酸铁101 |
6 |
36.37 |
20.66 |
42.69 |
0.9765 |
磷酸铁101 |
7 |
36.38 |
20.66 |
42.69 |
0.9765 |
极差 |
0.068 |
0.020 |
0.040 |
0.003 |
SD |
0.02 |
0.01 |
0.01 |
0.001 |
RSD |
0.060% |
0.035% |
0.035% |
0.094% |
说明:磷酸铁前躯体,7次平行制样,单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪 MERAK-SC 与 Holospec FP 2.0 测试,具备比化学法更佳的重复性精度。
表2:磷酸铁锂重复测试结果
重复次数 |
Fe(%) |
P(%) |
Li(%) |
Raw FP |
Raw FP |
Raw FP |
1 |
34.33 |
20.23 |
4.48 |
2 |
34.33 |
20.18 |
4.49 |
3 |
34.37 |
20.25 |
4.47 |
4 |
34.34 |
20.21 |
4.48 |
5 |
34.34 |
20.16 |
4.49 |
6 |
34.31 |
20.18 |
4.49 |
7 |
34.36 |
20.18 |
4.48 |
极差 |
0.062 |
0.089 |
0.022 |
RSD(%) |
0.062 |
0.157 |
0.151 |
3)准确性
表3: 磷铁锂准确性对比结果
样品名称 |
Fe(%) |
P(%) |
Li(%) |
化学值 |
HS XRF |
化学值 |
HS XRF |
化学值 |
HS XRF |
磷酸铁锂(DT) |
34.50 |
34.58 |
19.43 |
19.42 |
4.51 |
4.56 |
LFP |
34.85 |
34.94 |
19.43 |
19.39 |
4.55 |
4.49 |
说明:采用单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪与全息基本参数法,与化学法对比,均具有极佳的一致性,锂元素相对偏差<0.05%。
四、特点优势
速度快
采用直接装杯压实或粉末压片制样,从制样到测试小于5分钟;
重复性精度高
Li、P的RSD<0.2%;
准确度
采用经严苛定量同类型样品校正,Li准确度偏差<0.03%;
元素分析范围宽
主量元素(Li、Fe/Mn、P)和杂质元素同步分析;
分析成本低
样品分析成本小于10元/个;
样品适应范围宽
从前驱体、正极材料到涂布层,提供完整元素分析解决方案;
五、 测试流程
A. 压片制样

B. 粉末压实制样

六、 方案展示
保密声明
安科慧生拥有单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪中国发明专利,未经公司允许,安科慧生官网资料,不得转发或用于商业宣传。