ICP-OES測定雙氟磺酰亞胺鋰 (LIFSI) 中的雜質(zhì)元素

前言近年來，鋰電池以其性能而備受矚目，廣泛應用于電動汽車、便攜式電子設備、可再生能源儲能系統(tǒng)以及無人機等眾多領(lǐng)域。然而，隨著對鋰電池能量密度和安全性要求的日益提升，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池面臨諸多挑戰(zhàn)。在此背景下，研發(fā)新型電池材料顯得尤為重要和迫切。雙氟磺酰亞胺鋰鹽 (LIFSI) 融合鋰離子與雙氟磺酰亞胺陰離子，展現(xiàn)出高離子電導率、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和突出的抗水解性能。作為鋰電池電解液的添加劑，LIFSI 能夠有效提升電池容量并優(yōu)化電化學性能；同時，它還可作為半固態(tài)與固態(tài)電解質(zhì)材料，具有廣闊的應用前景。本研究基于電感耦合等離子發(fā)射光譜 (ICP-OES) 技術(shù)的高效率與準確度，并結(jié)合快速自動曲線擬合技術(shù) (FACT)，成功開發(fā)出一種準確測定 60 種雜質(zhì)元素的定量分析方法。該方法性能優(yōu)異，能夠滿足雜質(zhì)元素日?？焖偾覝蚀_的分析需求，為鋰電池材料的研發(fā)與應用提供了有力的技術(shù)支持。

實驗部分試劑和樣品硝酸為電子級，購于安譜公司；乙醇為 HPLC 級，購于 DiKMA 公司；所用實驗用水為 Millipore Milli-Q 超純水系統(tǒng)現(xiàn)制備的高純?nèi)ルx子水。采用多元素混合標準溶液進行分析，其中安捷倫多元素混標溶液含有 100 mg/L 的 Al、Sb、As、Ba、Be、B、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Mo、Ni、K、Se、Si、Ag、Sr、Na、Tl、Ti、V 和 Zn 元素（部件號 5190-9418）；10 mg/L 的 Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Sc、Sm、Tb、Th、Tm、Y、Yb（部件號 8500-6944）；10 mg/L 的 Sb、Au、Hf、Ir、Pd、Pt、Rh、Ru、Te、Sn（部件號 8500-6948）；10 mg/L的 B、Ge、Mo、Nb、P、Re、S、Si、Ta、Ti、W、Zr（部件號8500-6942）。樣品為市售產(chǎn)品。

儀器和設備采用 Agilent 5800 ICP-OES 系統(tǒng)（部件號 G8018AA），配備如下安捷倫模塊：垂直雙向觀測系統(tǒng)、5 通道蠕動泵、雙通道耐氫氟酸進樣系統(tǒng)、專有中階梯光柵分光系統(tǒng)和 VistaChip III CCD 檢測器（全波長讀出時間小于 1 s）。ICP-OES 操作條件見表 1 所示。

校準標樣和樣品溶液制備校準標樣制備：準確稱取 6 份樣品（每份 1.0 g，且精確至0.1 mg）于 50 mL 塑料定量瓶中；分別加入 2 mL 硝酸和 1 mL乙醇；然后分別加入 10 mg/L 各混合標準溶液 0.00、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mL，用高純?nèi)ルx子水定容至 50 mL，待上機檢測。樣品溶液制備：準確稱取 1.0 g（精確至 0.1 mg）樣品于 50 mL塑料定量瓶中，分別加入 2 mL 硝酸和 1 mL 乙醇后，用高純?nèi)ルx子水定容至 50 mL，待上機檢測。

結(jié)果與討論校準曲線和檢出限采用標準加入法對樣品中的目標元素進行定量，并利用空白樣品 11 次重復測定結(jié)果的標準偏差和樣品稀釋倍數(shù)來確定方法檢出限(MDL)。所用目標元素分析波長、背景校正方式以及所得目標元素的校準曲線的相關(guān)系數(shù) (R) 和對應的 MDL 列于表 2 中。從表中可以看出，各目標元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于 0.999，且方法檢出限良好。

樣品分析利用上述方法分別測定樣品 A 和樣品 B，各雜質(zhì)元素的實測含量列于表 3 中。表中列出的各雜質(zhì)元素含量均未超過電池用 LiFSI 雜質(zhì)元素要求[1,2]，表明這兩種實際樣品均滿足產(chǎn)品標準要求。

穩(wěn)定性測試在無內(nèi)標校正的條件下，連續(xù)進樣分析雜質(zhì)元素加標濃度為100 µg/L 的樣品，以考察方法的穩(wěn)定性。結(jié)果列于表 4 中。從表中可以看出，在 4 h 穩(wěn)定性測試中，各雜質(zhì)元素的實測濃度 RSD均處于 0.595%–1.963% 的范圍內(nèi)，表明儀器在高基體的有機物和鋰鹽條件下具有良好的穩(wěn)定性。

結(jié)論本文介紹了一種采用安捷倫高性能 5800 ICP-OES 系統(tǒng)測定 LiFSI中雜質(zhì)元素的定量分析方法。該方法具有良好的基體耐受性以及出色的靈敏度和準確度；結(jié)合 FACT 背景校正模式，能夠有效去除樣品中基體的譜線和背景干擾；且在 4 h 穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。該方法適用于準確測定 LiFSI 中的雜質(zhì)元素，可助力鋰電行業(yè)實現(xiàn)快速、高效的元素定量分析。