在上一篇《EDXRF分析離子電池正極材料》文章中,我們簡單介紹了正極材料中元素定量分析的幾種不同分析手段,并指出XRF技術(shù)對比ICP等元素技術(shù)的優(yōu)勢所在。
那么作為XRF技術(shù)的另一大分支:波長色散型X射線熒光光譜WDXRF,應(yīng)用于鋰離子電池正極材料元素定量分析又與EDXRF有何不同呢?我們今天就通過馬爾文帕納科Zetium型WDXRF分析正極材料的元素定量結(jié)果來進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。
在上一篇文章中我們著重介紹了EDXRF用于鋰離子電池正極材料元素分析的應(yīng)用,其中展示了EDXRF用于鋰離子電池正極材料元素分析中的工作曲線、準(zhǔn)確度比對、重復(fù)性以及與ICP相對比的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確度。
波長色散 (WDXRF)與能量色散(EDXRF)作為XRF分析技術(shù)的兩大分支,由于兩者探測系統(tǒng)區(qū)別,使其在儀器設(shè)計(jì)方面有比較大的差異,進(jìn)而決定了其在應(yīng)用場景和分析上有各自的適用性。
相對于EDXRF ,WDXRF光譜儀配有一整套由準(zhǔn)直器和分光晶體組成的分光系統(tǒng),因此其檢出限更低,穩(wěn)定性和測量范圍都更具有優(yōu)勢。它不但可以分析正極材料,還可以用于包括鋰電材料中的添加劑、上游礦產(chǎn)、以及相關(guān)的有色金屬冶煉等領(lǐng)域的分析,可為涉及鋰電材料上下游的生產(chǎn)型企業(yè)提供更大的投資回報(bào)。
作為世界領(lǐng)先的X射線分析技術(shù)供應(yīng)商,馬爾文帕納科的多代WDXRF光譜儀在業(yè)界享有盛譽(yù)。其于2015年推出的最新一代XRF光譜儀Zetium搭配了SumXcore(即多核X射線分析技術(shù))、SDD探測器以及更加智能化的SuperQ軟件,實(shí)現(xiàn)了更低的檢出限(見表格),更快的分析速度以及更優(yōu)異的穩(wěn)定性。
元素 | 檢出限(μg/g) | 測定下線(μg/g) |
Co | 1.4 | 4.2 |
Cu | 1.2 | 3.6 |
Mn | 4.5 | 13.5 |
Ni | 1.2 | 3.6 |
P | 6.0 | 18.0 |
S | 10.0 | 30.0 |
Ti | 5.0 | 15.0 |
Zn | 1.6 | 4.8 |
Zr | 0.9 | 2.9 |
鋰電正極材料元素檢出限(Zetium光譜儀)
WDXRF
在鋰電行業(yè)正極材料中的應(yīng)用
除了極低的檢出下限之外,Zeitum 還具有更寬的分析范圍,分析元素范圍可從Be到Am。
Zetium 光譜儀的元素檢測范圍
除此之外,在實(shí)際使用過程當(dāng)中,儀器的穩(wěn)定性也備受關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列的應(yīng)用案例驗(yàn)證,展示了WDXRF在分析主量和添加元素的穩(wěn)定性。
01
應(yīng)用實(shí)例一
磷酸鐵鋰(LFP)粉末實(shí)驗(yàn)分析
為了評估LFP材料應(yīng)用,本實(shí)驗(yàn)采用熔融制樣方式,主要針對Fe2O3(35-65%)、P2O5(35-55%)兩種主量元素進(jìn)行定量分析實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。獲得的工作曲線線性相關(guān)系數(shù)均在0.999以上,后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)也表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性。
Zetium實(shí)驗(yàn)獲得的工作曲線先行相關(guān)系數(shù)均在0.999以上
本實(shí)驗(yàn)同時(shí)使用了EDXRF與WDXRF對LFP粉末中Fe和P元素進(jìn)行測試以及制樣重復(fù)性試驗(yàn),兩者均表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)果穩(wěn)定性,RMS均小于0.15%。
與EDXRF穩(wěn)定性對比實(shí)驗(yàn)
02
應(yīng)用實(shí)例二
NCM三元材料實(shí)驗(yàn)分析
為了驗(yàn)證WDXRF應(yīng)用于鋰電材料添加劑的分析性能,本實(shí)驗(yàn)同時(shí)對NCM三元材料Ni(20-60%)、Co(10-30%)、Mn(10-45%)三種主量元素以及W(0-0.07%)、Zr(0-0.07%)兩種微量元素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì),并且通過熔融片和壓片兩種不同的制樣方式驗(yàn)證了三種主量元素的測量重復(fù)性以及重新制樣的重復(fù)性。
Zetium 光譜儀測量三種主量元素和兩種微量元素的工作曲線
下圖為測量重復(fù)性和制樣重復(fù)性的數(shù)據(jù),在制樣重復(fù)性方面:熔融片數(shù)據(jù)RMS在0.12-0.15左右,壓片數(shù)據(jù)RMS在0.34-0.42左右,實(shí)驗(yàn)表明熔融制樣可以獲得更優(yōu)異的制樣穩(wěn)定性。在測量重復(fù)性方面:無論是熔融片還是壓片數(shù)據(jù)的RMS均小于0.01,說明了Zetium光譜儀卓越的儀器穩(wěn)定性。
測量重復(fù)性和制樣重復(fù)性實(shí)驗(yàn)(左側(cè)為玻璃熔珠,右側(cè)為壓片)
?
結(jié)論
綜上所述,馬爾文帕納科波長色散型X射線熒光光譜儀Zetium 和能量色散熒光光譜儀相比,具有更低的檢出下限,更廣的適應(yīng)性。針對正極材料不同的配方,尤其是對微量元素的定量有更好的穩(wěn)定性。結(jié)合上篇“ED-XRF用于鋰離子正極材料元素分析”中EDXRF與ICP分析方法的結(jié)果穩(wěn)定性對比,可以證明采用WDXRF技術(shù)的 Zetium光譜儀相比ICP分析技術(shù),同樣具有更快的分析速度和更優(yōu)異的穩(wěn)定性。
關(guān)于Zetium X射線熒光光譜儀
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