一種火焰原子吸收法測定電池殼體表面殘留鋰鹽的樣品處理方法與流程
2023-10-06 20:30:59
本發明涉及一種電池殼體表面鋰元素檢測，特別涉及到一種火焰原子吸收法測定電池殼體表面殘留鋰鹽的樣品處理方法。
背景技術：
由於在鋰離子電池生產過程中，需要對電池殼體中的電芯進行灌注電解液，然而由於灌注的方式問題，導致灌注過程中有大量電解液殘留在電池殼體上，殘留的電解液中含有有機溶劑和鋰鹽，而鋰鹽對我們生產的電池模組和電池包均有嚴重的腐蝕作用，腐蝕電池包中的電池控制管理系統，造成電池充放電失控，影響的了電池的安全及電池壽命。因此需要對電池殼體上殘留的鋰鹽進行定量分析，常見的鋰鹽定量分析方法有火焰原子吸收法、ICP-OES、離子色譜法。
離子色譜法：由於電池殼體上殘留的鋰鹽接觸空氣水分，造成水解，使用離子色譜法進行鋰鹽陰離子分析無法準確定量，而是使用陽離子模式分析其測試穩定性差，準確度差。ICP-OES：其分析速度快，線形範圍寬。但是由於儀器使用成本高，加之該方法屬於原子發射光譜，其譜線幹擾嚴重。火焰原子吸收法：譜線幹擾少，分析速度快，準確度高。採用火焰原子吸收法測定金屬鋰的方法已有很多，但未有針對電池殼體殘留鋰鹽含量分析較為合適的樣品前處理方法。因此需要找到一種合適的樣品處理方法進行測定分析。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術存在的缺陷，提供一種火焰原子吸收法測定電池殼體表面殘留鋰鹽的樣品處理方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
一種火焰原子吸收法測定電池殼體表面殘留鋰鹽的樣品處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：
(1)取注過電解液未清洗的電池放置在200ml玻璃燒杯中，用碳酸二甲酯清洗電池表面，清洗完畢後繼續加入碳酸二甲酯至淹沒整隻電池，通風靜置30min，超聲清洗10min萃取鋰鹽；
(2)超聲清洗完畢後將電池取出晾乾，用硝酸溶液對電池外殼進行清洗，清洗完畢後繼續加入硝酸溶液至淹沒整隻電池，通風靜置30min，在60℃溫度下超聲清洗10min萃取鋰鹽，用硝酸溶液重洗電池殼體2次；
(3)將(1)中碳酸二甲酯萃取液進行濃縮，將溶液濃縮到剩下20ml後將其轉移到分液漏鬥中，取硝酸溶液加入到分析漏鬥中進行震蕩萃取，將分離出來硝酸相移入到(2)中硝酸萃取液中；
(4)將合併後的硝酸萃取液加熱趕酸，趕酸完畢後將剩餘的溶液移入到200ml的玻璃容量瓶中，加入1％的氯化銫溶液1ml，以去離子水定容並搖勻得待測溶液；
(5)採用相同的方法進行空白處理，將處理完畢的空白移入200ml玻璃容量瓶，加入1％的氯化銫溶液1ml，以去離子水定容並搖勻得空白溶液；
(6)分別移取一組檢測的鋰離子不同濃度梯度的標準溶液於容量瓶中，用硝酸溶液定容，採用火焰原子吸收光譜分析法測定其中鋰離子含量對應的吸收值，繪製成待檢測鋰元素的吸收值-鋰離子濃度標準曲線；
(7)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，採用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測。
優選的，所述硝酸溶液濃度為5-10％。
優選的，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰中的至少一種。
本發明的有益效果：本發明採用碳酸二甲酯與硝酸溶液對電池殼體表面殘留鋰鹽進行溶解的聯合前處理手段，使電池殼體表面的殘留鋰鹽能夠完全的溶解洗脫下來。首先使用碳酸二甲酯對電池殼體表面進行清洗和萃取，其作用在於電池殼體表面的殘留是電解液，而碳酸二甲酯是常用的電解液溶劑，其可以更好的將殼體上沾汙的電解液溶解下來，加之使用超聲波清洗的作用，能更好的溶解鋰鹽。但是由於鋰鹽在空氣中水解反應，單獨使用有機溶劑洗脫殼體上的鋰鹽還不能徹底的萃取出來，因此採用5-10％硝酸溶液繼續對碳酸二甲酯洗脫過的電池進行超聲浸泡萃取鋰鹽，這樣一來就能夠完全的將電池殼體上的鋰鹽全部洗脫下來。但對於使用火焰原子吸收法測定鋰鹽來說，樣品中混入的有機溶劑會產生嚴重的基體幹擾，因此必須除去碳酸二甲酯，使用液液萃取的方法將碳酸二甲酯中的鋰鹽萃取到硝酸溶液中，有效的避免了有機溶劑的幹擾。使用氯化銫作為電離抑制劑加入到樣品和樣品空白中有效抑制鋰的電離。
附圖說明
圖1為本發明鋰的標準曲線示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
一種火焰原子吸收法測定電池殼體表面殘留鋰鹽的樣品處理方法，其包括以下步驟：
(1)取注過電解液未清洗的電池放置在200ml玻璃燒杯中，用碳酸二甲酯清洗電池表面，清洗完畢後繼續加入碳酸二甲酯至淹沒整隻電池，通風靜置30min，超聲清洗10min萃取鋰鹽；
(2)超聲清洗完畢後將電池取出晾乾，用硝酸溶液對電池外殼進行清洗，清洗完畢後繼續加入硝酸溶液至淹沒整隻電池，通風靜置30min，在60℃溫度下超聲清洗10min萃取鋰鹽，用硝酸溶液重洗電池殼體2次；
(3)將(1)中碳酸二甲酯萃取液進行濃縮，將溶液濃縮到剩下20ml後將其轉移到分液漏鬥中，取硝酸溶液加入到分析漏鬥中進行震蕩萃取，將分離出來硝酸相移入到(2)中硝酸萃取液中；
(4)將合併後的硝酸萃取液加熱趕酸，趕酸完畢後將剩餘的溶液移入到200ml的玻璃容量瓶中，加入1％的氯化銫溶液1ml，以去離子水定容並搖勻得待測溶液；
(5)採用相同的方法進行空白處理，將處理完畢的空白移入200ml玻璃容量瓶，加入1％的氯化銫溶液1ml，以去離子水定容並搖勻得空白溶液；
(6)分別移取一組檢測的鋰離子不同濃度梯度的標準溶液於容量瓶中，用硝酸溶液定容，採用火焰原子吸收光譜分析法測定其中鋰離子含量對應的吸收值，繪製成待檢測鋰元素的吸收值-鋰離子濃度標準曲線；
(7)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，採用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測。
本發明具體實驗測試：
1.1儀器設備
AAS-900原子吸收光譜儀(美國鉑金埃爾默)，可調電熱板，UPR-10T超純水機(西安優普)，鋰空心陰極燈(北京有色研究院)，超聲清洗機(聲彥)，氮吹儀(安譜)，萬分之一電子天平(梅特勒託利多)，分液漏鬥。
1.2試劑及溶液
硝酸，優級純(68-70％)國藥化學試劑(上海)；(3)鋰標準溶液：1000ug/ml，北京有色研究院；(4)去離子水，電阻率≥18兆歐.釐米；(5)碳酸二甲酯，色譜純，阿拉丁化學試劑；(6)氯化銫，優級純，阿拉丁化學試劑。
1.3標準溶液配製
(1)1％的氯化銫溶液：稱取1.000克氯化銫至燒杯中，使用適量去離子水溶解，轉移到100ml玻璃容量瓶中並使用去離子水定容。
(2)5-10％硝酸溶液：吸取5-10ml濃硝酸到100ml玻璃容量瓶中並使用去離子水定容。
(3)鋰標準溶液：將鋰標準溶液(1000ug/ml)：逐級稀釋為濃度是0.2ug/ml、0.4ug/ml、0.8ug/ml、1.0ug/ml的鋰標準溶液。
以火焰原子吸收光譜分析儀器採用主靈敏線測試分別檢測不同離子濃度的鋰離子離子的吸收值，以吸收值為基礎分別繪製擬合為對應的鋰元素的吸收值-鋰離子濃度標準曲線，結果列於圖1。
1.4樣品處理步驟
(1)取同一批次兩隻未清洗的電池，分別放置在200ml的玻璃燒杯中，使用碳酸二甲酯分別對兩隻電池進行清洗並浸泡30min，然後將燒杯放置到超聲清洗機內超聲10min。超聲完畢後將兩隻電池拿出使用碳酸二甲酯進行清洗下，將其放置在兩個空燒杯中晾乾。
(2)使用5-10％的硝酸溶液對電池外殼進行清洗，清洗後繼續加入5-10％的硝酸溶液，加入溶液剛好淹沒整隻電池，放置在通風櫥中靜置30min。然後將其放置在超聲波清洗機內10min超聲並打開加熱功能，加熱溫度設定為60℃。然後將電池拿出，並用5-10％硝酸溶液重洗電池殼體2次。
(3)將步驟(1)中碳酸二甲酯萃取液放置到氮吹儀中，使用氮吹的方式進行萃取液濃縮，將溶液濃縮到剩下20ml後將其轉移到分液漏鬥中，取5-10％的硝酸溶液加入到分析漏鬥中進行震蕩萃取，使溶解到碳酸二甲酯中的鋰鹽萃取到硝酸相中，將分離出來硝酸相移入到步驟(2)中硝酸萃取液中。
(4)將合併後的硝酸萃取液放置在可控溫電熱板上進行加熱趕酸，趕酸完畢後將剩餘的溶液移入到200ml的玻璃容量瓶中，加入1％的氯化銫溶液1ml，使用去離子水定容並搖勻。
(5)採用相同的方法進行樣品空白處理，樣品和空白一併進行前處理，將處理完畢的樣品空白移入200ml玻璃容量瓶，加入1％的氯化銫溶液1ml，使用去離子水定容並搖勻。
(6)分別移取一組檢測的鋰離子不同濃度梯度的標準溶液於容量瓶中，用硝酸溶液定容，採用火焰原子吸收光譜分析法測定其中鋰離子含量對應的吸收值，繪製成待檢測鋰元素的吸收值-鋰離子濃度標準曲線；
(7)將待測溶液和空白溶液分別稀釋相同倍數，用硝酸溶液定容，得待測樣品和空白樣品，採用火焰原子吸收光譜分析法分別對待測樣品和空白樣品進行檢測。
1.5儀器分析
(1)儀器條件：波長670.8nm，光譜帶寬0.4nm,燈電流10mA，空氣：10升/分，乙炔流量：3升/分，燃燒頭高度：10mm。
(2)化學改進劑的加入：通過加入化學改進劑來抑制樣品溶液中金屬離子的幹擾，提高測試準確度。控制化學改進劑的加入量，加入濃度為1％的氯化銫溶液1ml，要求樣品空白加入相同濃度的氯化銫溶液，其空白吸光度需在0.05Abs以下。
表1是標準曲線及樣品測試結果。
表1
曲線方程：Y＝0.343x+0.005R＝0.999
(2)加標回收率試驗
通過加標回收率試驗，對1號和2號待測樣品加標測試，其測試回收率滿足實驗要求，其方法準確度高。
通過以上數據對比，以及採用適當的前處理方法，使用火焰原子吸收光譜法測定鋰含量，其加標回收率在95-110％之間，精密度，準確度均滿足電池生產過程中電池殼體電解液鋰鹽殘留含量的測定，對生產過程中清洗工序上清洗後的電池表面殘留鋰鹽測試也是適用的，其方法靈敏度高、準確度好。