基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法技术

本发明专利技术提供了基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法，包括建模阶段和分析阶段，建模阶段包括步骤：(A1)获得多组标样并压片处理，标样包括所述锂电池正极材料和缓冲剂，缓冲剂包括浓度已知的金属离子；(A2)使用LIBS分析仪检测压片处理后的M组标样，每组标样对应N次检测，获得第i组标样第k次检测中，与所述金属离子和待测元素对应的特征峰的光强值；(A3)根据光强值得到第i组标样中与第j个待测元素对应的校正系数；(A4)得到校正后的与第i组标样中第j个待测元素的特征峰的光强值；(A5)利用第i组标样中与第j个待测元素的浓度C

【技术实现步骤摘要】
基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法


[0001]本专利技术涉及元素分析，特别涉及基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法。

技术介绍

[0002]三元正极材料(LiNixCoyMn(1
‑
x
‑
y)O2)作为一种新型的正极材料，其性能好于钴酸锂、锰酸锂等单一组分的正极材料，不仅满足了更高能量密度的要求，同时保持了优秀的大倍率充放电性能，满足了当今新能源汽车对动力电池性能的严苛要求。三元正极材料的前驱体是以镍、钴、锰的硫酸盐为原料，在反应池中加入适量沉淀剂，控制一定的PH值，温度及搅拌速度混合反应而成，之后再加入适量碳酸锂或氢氧化锂搅拌混合烧结等系列步骤形成了三元正极材料。上述过程中，需要定时准确检测镍、钴、锰、锂的含量，以便根据实际需要进行调整。
[0003]目前，检测镍、钴、锰、锂的方式有以下几种：
[0004]1.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP
‑
OES)法，该方法虽然可以同时检测多种元素，但误差较大，同时仪器昂贵，耗材(载气)用量多,检验成本高，且样品前处理流程复杂。
[0005]2.EDTA滴定法测钴、沉淀法测镍，该类方法操作繁琐，试剂复杂，测试周期通常2h，不适合大批量、长时间的样品检测。
[0006]可见，现有的分析方法分析周期长，造成数据严重滞后，难以满足工业即时、快速的分析需求。
[0007]激光诱导击穿光谱技术是元素分析的常用技术，基本原理是：脉冲的激光光束(一般为几十至几百毫焦)由激光器发射经过聚焦透镜至样品表面，聚焦点处的一部分样品吸收激光能量后产生等离子体。其中一部分等离子体发射光被光纤采集并传送至光谱仪，光谱仪再将这一部分等离子体发射光(连续光谱、原子光谱和离子光谱)进行分光。光谱仪出口处的探测器是对光谱信号进行探测，并将光谱信号转化成数字信号传输到计算机进行光谱分析。每种元素都有自己的特征谱线，因此根据原子(离子)谱线的波长分析元素的种类，根据谱线的强度即可分析出该元素的浓度，即进行定量分析。
[0008]当把LIBS应用到三元正极材料中元素检测中时，会遇到一些技术难点，如：
[0009]1.利用原有的建模方式，分析精度低；
[0010]2.为了获得良好的样品重复性，一般需要对三元正极材料粉末样品进行压片处理，但锂电材料直接压片难以成型；
[0011]3.受制于样品本身的物理化学性质，锂电三元正极材料难以直接激发。

技术实现思路

[0012]为解决上述现有技术方案中的不足，本专利技术提供了一种基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法。
[0013]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0014]基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法，所述基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法包括建模阶段和分析阶段，所述建模阶段包括以下步骤：
[0015](A1)获得多组标样并压片处理，所述标样包括所述锂电池正极材料和缓冲剂，所述缓冲剂包括浓度已知的金属离子；
[0016](A2)使用LIBS分析仪检测压片处理后的M组标样，每组标样对应N次检测，获得第i组标样第k次检测中，与所述金属离子对应的特征峰的光强值I
ik0
、以及与D个待测元素对应的特征峰的光强值I
ik1
、I
ik2
…
I
ikD
，得到M、N、D均是大于2的整数；
[0017](A3)根据所述光强值得到第i组标样中与第j个待测元素对应的校正系数W
ij
；
[0018]C
ij
是第i组标样中第j个待测元素的浓度，C
i
是第i组标样中金属离子对应元素的浓度；
[0019](A4)得到校正后的与第i组标样中第j个待测元素的特征峰的光强值I
′
ikj
；I
′
ij
＝(1+W
ij
)
·
I
ij
；
[0020](A5)利用第i组标样中与第j个待测元素的浓度C
ij
和其对应的光强值I
′
ikj
建立映射关系。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：
[0022]1.分析精度高；
[0023]利用新设计的建模方法和分析，显著地提高了分析精度；
[0024]2.激发容易；
[0025]通过掺杂剂，使得待测样品激发容易；
[0026]如掺杂剂采用无水硝酸铜，保持无结晶水状态，避免水分子吸收激光能量，并且便于准确知晓Cu元素浓度。石墨的微观呈现鳞片状，在一定压力下，鳞片会层层重叠，并夹杂其他物质紧紧结合，起到粘合剂的作用，掺杂剂中石墨含量不要少于50％，否则会明显降低混合物粘结效果。无水硝酸铜提供大量易激发金属元素，激发过程中增加等离子体电子密度，同时减小其他种类离子的引入，控制变量。激光与硝酸铜/石墨的混合物质不仅是热传导的过程，而且是一个经历烧蚀以及等离子体化的过程。混合物吸收激光能量发生局部汽化，烧蚀产物在气相中夹杂样品发生微观化学“燃烧”反应，极大提高了等离子体温度。上述材料的组合能充分促进锂电材料等离子体的激发，有效提高元素光谱信噪比。
附图说明
[0027]参照附图，本专利技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本专利技术的技术方案，而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。图中：
[0028]图1是根据本专利技术实施例的建模阶段的流程简图；
[0029]图2是根据本专利技术实施例的分析阶段的流程简图；
[0030]图3是根据本专利技术实施例的分析阶段的流程简图。
具体实施方式
[0031]图1
‑
3和以下说明描述了本专利技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本专利技术。为了教导本专利技术技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本专利技术的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本专利技术的多个变型。由此，本专利技术并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
[0032]实施例1：
[0033]本专利技术实施例的基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法，包括建模阶段和分析阶段，如图1所示，所述建模阶段包括以下步骤：
[0034](A1)获得多组标样并压片处理，所述标样包括所述锂电池正极材料和缓冲剂，所述缓冲剂包括浓度已知的金属离子，如铜离子或钾离子；
[0035](A2)使用LIBS分析仪检测压片处理后的M组标样，每组标样对应N次检测，获得第i组标样第k次检测中，与所述金属离子对应的特征峰的光强值I
ik0
、以及与D个待测元素对应的特征峰的光强值I
ik1
、I
ik2
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法，所述基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法包括建模阶段和分析阶段，其特征在于，所述建模阶段包括以下步骤：(A1)获得多组标样并压片处理，所述标样包括所述锂电池正极材料和缓冲剂，所述缓冲剂包括浓度已知的金属离子；(A2)使用LIBS分析仪检测压片处理后的M组标样，每组标样对应N次检测，获得第i组标样第k次检测中，与所述金属离子对应的特征峰的光强值I
ik0
、以及与D个待测元素对应的特征峰的光强值I
ik1
、I
ik2
…
I
ikD
，得到j＝1,2
…
D，M、N、D均是大于2的整数；(A3)根据所述光强值得到第i组标样中与第j个待测元素对应的校正系数W
ij
；C
ij
是第i组标样中第j个待测元素的浓度，C
i
是第i组标样中金属离子对应元素的浓度；(A4)得到校正后的与第i组标样中第j个待测元素的特征峰的光强值I
′
ikj
；I
′
ij
＝(1+W
ij
)
·
I
ij
；(A5)利用第i组标样中与第j个待测元素的浓度C
ij
和其对应的光强值I
′
ikj
建立映射关系。2.根据权利要求1所述的基于LIBS技术的锂电池正极材料的分析方法，其特征在于，所述分析阶段包括以下步骤：(B1)粉末状的锂电池正极材料与掺杂剂混合，得到混合物；所述掺杂剂包括石墨、铜离子和硝酸根离子；(B2)对所述混合物压片处理；(B3)利用LI...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞杰，喻正宁，王庆祥，洪超，徐桔红，王安安，张佰伦，
申请(专利权)人：杭州谱育科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：