Avio 200 ICP-OES測定固態(tài)電解質(zhì)中主量元素含量

隨著能源需求的不斷增長和對可再生能源的日益重視，儲能技術(shù)的發(fā)展已成為全球關(guān)注的焦點。鋰離子電池作為一種高效的儲能技術(shù)，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池采用有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，存在著易燃、易爆、易泄漏等安全隱患，嚴(yán)重限制了其在高能量密度和高安全性應(yīng)用場景中的發(fā)展。因此，開發(fā)具有高離子電導(dǎo)率、高穩(wěn)定性和良好機(jī)械性能的固態(tài)電解質(zhì)成為了當(dāng)前鋰離子電池研究的重要方向。

近年來，隨著材料科學(xué)和納米技術(shù)的不斷發(fā)展，固態(tài)電解質(zhì)的研究取得了顯著進(jìn)展。通過優(yōu)化材料的組成、結(jié)構(gòu)和制備工藝，以及采用復(fù)合、摻雜等方法，固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定性和機(jī)械性能得到了顯著提高，為固態(tài)電池的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前固態(tài)電解質(zhì)主要有三大類，即無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。早期的研究主要集中在有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)，如聚環(huán)氧乙烷（PEO）及其衍生物。PEO與鋰鹽復(fù)合形成的固態(tài)電解質(zhì)具有一定的離子導(dǎo)電性，但其室溫離子電導(dǎo)率較低（通常在10^-6 – 10^-4 S/cm范圍內(nèi)），限制了其實際應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代以來，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)受到了廣泛關(guān)注。無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)主要包括氧化物、硫化物和鹵化物等類型。氧化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但其離子電導(dǎo)率相對較低。硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率（室溫下可達(dá)10^-3 – 10^-2 S/cm），但化學(xué)穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性較差。鹵化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能，但其合成條件較為苛刻，成本較高。固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池的核心部件，在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項性能參數(shù)，如功率密度、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。

目前對固態(tài)電解質(zhì)的性能要求及測試方法還沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，T/SPSTS 019-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中對無機(jī)氧化物固態(tài)電解質(zhì)純度要求≥99.9%。氧化物固態(tài)電解質(zhì)通常還有大量鋰（Li）、鋁（Al）、鋯（Zr）、鈦（Ti）、鑭（La）、磷（P）等元素。鋰含量對氧化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率有顯著影響。通常情況下，較高的鋰含量有助于提高離子電導(dǎo)率，但過高的鋰含量可能導(dǎo)致電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；在NASICON型固態(tài)電解質(zhì)中，鋁的替代可能會產(chǎn)生雜相，從而降低整體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，影響電池的倍率及循環(huán)等電化學(xué)性能；在LLZO型固態(tài)電解質(zhì)中，鋯和鈦的比例會影響電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和離子電導(dǎo)率。故需要對電解質(zhì)中主量元素進(jìn)行精準(zhǔn)測定來監(jiān)測主量元素的比例從而改善電池結(jié)構(gòu)和性能。

本文采用濕法消解，使用珀金埃爾默Avio 200電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定兩種無機(jī)氧化物固態(tài)電解質(zhì)中的主量元素。LLZTO型及LATP型，LATP需要加入氫氟酸溶解，故本實驗采用耐氫氟酸的十字交叉進(jìn)樣系統(tǒng)，線性良好，重復(fù)測定數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

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珀金埃爾默Avio 200 ICP-OES是一款即開即用的雙向觀測電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，采用第二代平板等離子體技術(shù)及LDMOS晶體管技術(shù)，功率密度更高，壽命更強(qiáng)，基體耐受能力更好，標(biāo)配正交霧化器，高鹽分進(jìn)樣時不會堵塞，同時可耐氫氟酸、堿、王水和有機(jī)溶劑。其超高的靈敏度搭配干擾更少的徑向觀測方式，使得測試結(jié)果更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定，故Avio 200 ICP-OES非常適用于固態(tài)電解質(zhì)樣品中主量元素穩(wěn)定性的測定需求。