聚合物电芯内锂的含量测定方法

　　测定聚合物锂离子电芯(Li-ion Polymer Cell)内部锂的含量，通常是指测定电池中可循环的活性锂(Active Lithium) 或 总锂含量(Total Lithium)。这一参数对评估电池的首次库仑效率、容量衰减机制、析锂风险及回收价值至关重要。

　　第一步：样品前处理(关键、危险的步骤)

　　由于电池含有易燃的电解液和活泼的化学物质，操作必须在安全环境下进行。

　　1. 放电与拆解

　　深度放电：将电芯在负载下完全放电至 0V，以耗尽残余能量，减少短路风险。

　　在惰性气氛中操作：在充满氩气的手套箱 中进行所有拆解操作。这是为了防止空气中的水分与电解液(如LiPF₆)反应生成剧毒的氢氟酸(HF)，并防止锂盐潮解。

　　物理分离：小心地拆开铝塑膜，使用陶瓷剪刀或刀具将正极、负极和隔膜分离开。注意： 操作时需避免短路。

　　2. 取样与称重

　　从分离出的正极片和负极片上，冲取或剪取有代表性的小圆片。

　　用高精度分析天平(0.0001g)精确称量这些样品(正极、负极)的质量。记录为 m_sample。

　　同时，需要知道这些样品占整个极片的质量分数，以便后续计算总含量。

　　3. 样品溶解(消解)

　　目标是让样品中的所有锂都变成可溶的Li⁺离子。有两种主要方法：

　　A. 酸消解法(更常用)

　　地点：在通风橱或手套箱中进行。

　　试剂：

　　王水：浓硝酸和浓盐酸的混合液，能有效溶解金属和金属氧化物。

　　逆王水：浓盐酸和浓硝酸的混合液，氧化性更强。

　　硝酸-过氧化氢体系：也是常用的组合。

　　过程：将称好的极片样品放入锥形瓶或聚四氟乙烯消解罐中，加入混合酸，在电热板上加热，或使用微波消解仪 (首选，更安全、高效、完全)，直至样品完全溶解，溶液变得清澈。

　　注意：如果电池含有铝塑膜或铝集流体，酸中可能需要加入氢氟酸(HF)来溶解铝，但HF剧毒且腐蚀性强，必须在特制的塑料器皿中操作，并做好严格防护。

　　B. 碱熔融法(用于难溶样品)

　　对于某些非常稳定的正极材料，酸溶效果不佳时采用。

　　将样品与过氧化钠(Na₂O₂)或碳酸钠(Na₂CO₃)等熔剂混合，在马弗炉中高温(>600°C)熔融。

　　冷却后，用酸溶解熔块。

　　优点：溶解彻底。

　　缺点：操作复杂，会引入大量盐分，可能干扰后续测定。

　　4. 定容

　　将完全冷却的消解液转移至容量瓶(如100mL或250mL)中，用去离子水多次冲洗消解容器，并定容至刻度线。

　　如果溶液中有不溶物或碳渣，需要过滤或离心，取上清液待测。

　　第二步：仪器测定 - ICP-OES / ICP-MS

　　这是测定元素含量的黄金标准。

　　原理：

　　ICP-OES：样品溶液被雾化后送入高温等离子体，锂原子被激发发光，通过检测其特征波长(如670.784 nm)的强度来定量。

　　ICP-MS：样品在等离子体中电离，锂离子(⁷Li)被质谱仪检测，灵敏度极高。

　　标准曲线：

　　使用高纯锂标准溶液，配制一系列已知浓度的标准曲线溶液(如0, 0.5, 1, 5, 10 mg/L)。

　　在相同条件下测定标准溶液，绘制浓度-强度(或计数)的标准曲线。

　　样品测定：

　　将制备好的样品溶液直接或适当稀释后(确保浓度在标准曲线线性范围内)，进行测定。

　　仪器软件会根据测得的信号强度，自动计算出样品溶液中锂的浓度(C，单位：μg/mL或mg/L)。

　　第三步：结果计算

　　计算样品中锂质量：

　　锂质量 (μg) = C × V × N

　　C：从标准曲线得到的样品溶液浓度 (μg/mL)

　　V：样品定容体积 (mL)

　　N：稀释倍数

　　计算组分中锂含量：

　　组分锂含量 (mg/g) = [锂质量 (μg) / 1000] / m_sample (g)

　　此结果表示每克正极(或负极)材料中含有多少毫克的锂。

　　计算电芯总锂含量：

　　电芯总锂含量 (mg) = [正极片总质量 (g) × 正极锂含量 (mg/g)] + [负极片总质量 (g) × 负极锂含量 (mg/g)]

　　注：隔膜和电解液中也含有微量锂，但绝大部分锂存在于正负极活性材料中。

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