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德國耶拿分析儀器有限公司

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PlasmaQuant 9100測試固態電池負極材料中的雜質元素

閱讀:140      發布時間:2025-1-6
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由于科學界認為鋰離子電池已經到達極限,固態電池近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池,是當前二次電池領域最為活躍的研究方向之一。理論上,全固態鋰離子電池的能量密度可達900 Wh/kg。安全性方面來說,由于固態電池中的固態電解質彈性模量較高,可以有效抑制鋰枝晶的生長,提高電池安全性能。

相較于液態鋰離子電池,固態電池引入了全新的電解質界面結構單元,從而催生了新型材料的需求。從負極材料的發展進程來看,中短期內石墨材料將逐漸被硅基材料所取代,長遠來看鋰金屬將成為主導。

目前石墨負極材料的可逆比容量已接近理論比容量上限372mAh/g。為提升鋰電池的能量密度,需開發更高比容量的負極材料。硅負極材料其理論比容量高達 4200 mAh/g,是石墨負極10倍左右。采用硅基負極材料的鋰電池質量能量密度可以提升 8%以上。

金屬鋰同樣具有極高的理論比容量3860 mAh/g,相當于石墨負極的十倍,同時具有極低的電化學反應電位,是一種極具前景的新一代儲能電池負極材料。

硅碳負極材料中雜質元素含量直接影響電池的性能和安全性。因此,對負極材料中的雜質進行準確、快速的分析是鋰電池生產質量保證的關鍵步驟之一。

PlasmaQuant 9100非常適合雜質元素測試,尤其面對復雜基體中的復雜光譜干擾的樣品,都可以輕松獲得很低的檢出限水平,滿足雜質元素的準確測出。

以下是PlasmaQuant 9100測試負極材料的痕量元素的案例:

 

德國耶拿解決方案

 

 

 

1.儀器配置:PlasmaQuant 9100

2.測試元素:Fe、Co、Cr、Ni、Zn、S、Cu、Mo、P

3.樣品:硅碳

4.樣品前處理:

準確稱取0.1g樣品,加入硝酸、氫氟酸微波消解,加高氯酸并趕酸后定容至50mL,搖勻,待測。樣品需全消解至澄清透亮,如下圖。

 

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4. 標準曲線配置

取適量體積標準溶液,用1%硝酸定容,采用重量法配置標準曲線。

 

標準曲線和譜圖信息:

 

 

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結果匯總

結果匯總

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結論

使用 PlasmaQuant 9100 測試硅碳中的雜質元素Fe、Co、Cr、Ni、Zn、S、Cu、Mo、P,從實驗結果來看,線性擬合系數R= 0.9993~0.9999,大部分元素含量極低,加標回收率范圍在90%~115%,準確度高,除去小于檢出限或者定量限的數據,RSD≤1.5%,說明重復性良好。

樣品中雜質元素含量極低,很多元素在ppb水平,對儀器檢出限提出非常高的要求;其中S元素的可選譜線均在深紫外區,難度更大。而PlasmaQuant 9100能提供極低的檢出限,完全滿足固態電池硅碳負極材料中雜質元素分析測試需求,不需要使用高價值的ICP-MS。

為何可以獲得如此低的檢出水平呢?

1)PlasmaQuant 9100超高的光學分辨率,可以將雜散光的背景信號降低,獲得更高的信背比,這是保證更低檢出限的前提。

2)采用氬氣反吹加冷錐的結構設計,使得等離子體距離取光透鏡的位置更近,保證靈敏度的同時,降低由低溫尾焰產生的自吸干擾、電離干擾及分子光譜干擾,再次保證了更低的檢出限的獲得。

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3)同時自激式RF發生器四繞組線圈的設計功率范圍是700w~1700w,以及40.68MHz的穩定頻率,使得等離子可以持續穩定輸出,進一步保證了更低檢出限的獲得。

4)PlasmaQuant 9100新一代高量子化效率和高紫外靈敏度的CCD陣列檢測器,噪聲低、暗電流小,像素分辨率可達2pm,可識別干擾譜線,并且允許重新背景校正,最終保證了如此低的檢出水平的獲得。

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