隨著新能源汽車和電子設(shè)備市場的蓬勃發(fā)展,三元鋰電池因其高能量密度、長循環(huán)壽命和快速充電能力,已成為市場上的主流電池技術(shù)。2025年,三元鋰電池行業(yè)繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長,預(yù)計(jì)全球市場規(guī)模將達(dá)到數(shù)千億元。在這一背景下,提高鋰電池的安全性和可靠性成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。正極材料作為鋰電池的核心組成部分,其純度直接影響電池的性能和安全性。因此,開發(fā)一種快速、準(zhǔn)確且無損的檢測方法,用于分析三元鋰電池正極材料中的雜質(zhì)含量,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
《2025-2030年中國三元鋰電池行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報(bào)告》三元鋰電池因其在移動電子產(chǎn)品和新能源汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。正極材料在電池中起著主導(dǎo)作用,直接決定了電池的電化學(xué)性能。在正極材料的生產(chǎn)過程中,不可避免地會引入雜質(zhì),如鐵、銅等金屬元素。這些雜質(zhì)的存在可能導(dǎo)致電池容量降低、循環(huán)壽命縮短,甚至引發(fā)安全問題。因此,檢測正極材料中金屬雜質(zhì)的含量是否超標(biāo),對于保障鋰電池的安全性和可靠性至關(guān)重要。
三元鋰電池行業(yè)分析提到為了提高鋰電池的安全性,本研究采用能量色散X射線熒光光譜法(EDXRF)結(jié)合基本參數(shù)法,對三元鋰電池正極材料中的鐵、銅雜質(zhì)含量進(jìn)行分析。這種方法具有快速檢測和無損檢測的優(yōu)點(diǎn),能夠有效解決傳統(tǒng)檢測方法中存在的樣品破壞、處理復(fù)雜等問題。通過Voigt分峰算法對鋰電池樣品譜圖中的重疊峰進(jìn)行處理,獲取雜質(zhì)鐵和銅的譜峰強(qiáng)度,然后利用基本參數(shù)法進(jìn)行定量分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,X射線熒光法的檢出限低、準(zhǔn)確度高,結(jié)合基本參數(shù)法能夠快速檢測分析樣品中元素的含量,適用于三元鋰電池正極材料中金屬雜質(zhì)的檢測。
(一)儀器與試劑
實(shí)驗(yàn)采用的儀器為德國斯派克分析儀器公司生產(chǎn)的SPECTRO XEPOS能量色散X射線熒光光譜儀,該儀器采用先進(jìn)的偏振X射線熒光激發(fā)技術(shù),顯著提高了檢測的靈敏度。實(shí)驗(yàn)所用試劑為國家標(biāo)準(zhǔn)1000 mg/L的純鐵、純銅、純錳和純鎳標(biāo)液,待測樣品為當(dāng)?shù)氐逆団掑i三元鋰電池正極材料。
(二)實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)分為標(biāo)準(zhǔn)曲線法和基本參數(shù)法兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)曲線法通過建立鐵和銅元素的回歸曲線,對樣品進(jìn)行定量分析?;緟?shù)法則直接利用X射線熒光光譜儀測量樣品,通過模型計(jì)算得出結(jié)果。兩種方法的結(jié)果對比驗(yàn)證了基本參數(shù)法的準(zhǔn)確性和可靠性。
(一)元素定性分析
通過檢測純錳、純鎳、純鐵和純銅元素標(biāo)樣,確定了這四種元素K系譜線所在的通道數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,四種元素的K系譜線通道數(shù)分別為:MnKα為551,MnKβ為606,NiKα為697,NiKβ為771,F(xiàn)eKα為598,CuKα為751。
(二)鋰電池樣品譜圖分析
對三元鋰電池正極材料樣品進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)錳的Kβ峰和鐵的Kα峰、鎳的Kβ峰和銅的Kα峰存在嚴(yán)重重疊。采用Voigt分峰算法對這些重疊峰進(jìn)行分離,驗(yàn)證了分峰算法的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,分峰算法能夠有效分離重疊峰,排除干擾元素的影響,準(zhǔn)確獲取雜質(zhì)元素的真實(shí)濃度。
(三)基本參數(shù)法原理與定量計(jì)算
基本參數(shù)法通過建立模型,利用初級輻射光譜分布、質(zhì)量吸收系數(shù)、熒光產(chǎn)額等基本參數(shù),通過迭代計(jì)算得出樣品的真實(shí)含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基本參數(shù)法結(jié)合X射線熒光光譜法能夠快速、準(zhǔn)確地檢測三元鋰電池正極材料中的雜質(zhì)含量,滿足行業(yè)對檢測方法的要求。
(四)檢出限
采用背景法計(jì)算X射線熒光光譜儀的檢出限,鐵和銅的檢出限分別為0.9 mg/L和0.4 mg/L。這一結(jié)果表明,所采用的檢測方法具有較高的靈敏度,能夠有效檢測三元鋰電池正極材料中的低含量雜質(zhì)。
(五)結(jié)果對比
通過對比標(biāo)準(zhǔn)曲線法和基本參數(shù)法的檢測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩種方法的相對誤差均在可接受范圍內(nèi)。鐵含量的相對誤差小于5%,銅含量的相對誤差小于7%。這表明基本參數(shù)法結(jié)合X射線熒光光譜法不僅檢測速度快,而且準(zhǔn)確度高,適用于三元鋰電池正極材料中金屬雜質(zhì)的檢測。
五、結(jié)論
綜上所述,本研究通過能量色散X射線熒光光譜法結(jié)合基本參數(shù)法,建立了一種快速、準(zhǔn)確且無損的檢測方法,用于分析三元鋰電池正極材料中的鐵、銅雜質(zhì)含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法具有低檢出限、高準(zhǔn)確度的特點(diǎn),能夠滿足三元鋰電池行業(yè)對正極材料雜質(zhì)檢測的要求。隨著三元鋰電池市場的不斷擴(kuò)大,這種檢測方法的應(yīng)用將有助于提高鋰電池的安全性和可靠性,為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。
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