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磷酸铁锂元素含量测定
2023-07-17 20:47:36   





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




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