鐘國(guó)秀 楊浩義 盧 釩

(湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，武漢 430070)

目前,LiFePO4已是最具開發(fā)潛力和應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池正極材料，具有原材料無環(huán)境污染、比容量高、循環(huán)性能優(yōu)良、材料熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，所制備電池的使用壽命長(zhǎng)、安全性能突出，是新一代鋰離子電池的理想正極材料[1]。但是作為一種新的電源材料，其理化性能分析方法至關(guān)重要。目前，LiFePO4中鐵的測(cè)定多采用光度法[2]、氧化還原滴定法[3]、ICP[4]法等。筆者采用高氯酸快速溶解試樣，調(diào)節(jié)酸度一步到位，分取樣品母液后加入硫氰酸鈉直接測(cè)定鐵含量，反應(yīng)條件較寬，大量共存離子不干擾測(cè)定。方法用于LiFePO4中鐵的直接測(cè)定，不用加入還原劑使3價(jià)鐵還原為2價(jià)鐵，不用加入緩沖溶液調(diào)節(jié)酸度，操作簡(jiǎn)單快速，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，便于實(shí)際推廣應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

分光光光度計(jì):722N型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

250 mL兩用瓶：天津玻璃儀器制造有限公司；

鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：100.00 μg/mL,稱取0.100 0 g純鐵于150 mL錐形瓶中，加入5 mL硝酸溶液(1+1)，低溫加熱至試樣完全溶解，取下，加入20 mL高氯酸，高溫加熱至冒煙，取下，稍冷，加入少量水溶解鹽類，移入1 000 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，搖勻；

硫氰酸鈉溶液：250 g/L；

高氯酸：密度約為1.76 g/mL；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純；

實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別移取含鐵300、400、500、600、700、800 μg的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，加10.0 mL硫氰酸鈉溶液，以水稀釋至刻度并搖勻，用722N型分光光度計(jì)于480 nm波長(zhǎng)處，用0.5 cm比色皿，以試劑空白為參比測(cè)定溶液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收光譜

取一定量的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液按照試驗(yàn)方法顯色，在波長(zhǎng)400～600 nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得吸收曲線如圖1所示。由圖1可知，鐵在波長(zhǎng)480 nm時(shí)，有最大吸收峰，故實(shí)驗(yàn)選用測(cè)定波長(zhǎng)為480 nm。

1—顯色液cFe3+=5.00 μg/mL; 2—顯色液cFe3+=3.00 μg/mL圖1 吸收光譜

2.2 顯色反應(yīng)酸度

溶液pH在0.5～3.0范圍內(nèi)，顯色體系的吸光度變化相對(duì)穩(wěn)定，而在pH值大于3.0時(shí)，吸光度明顯下降，因此本實(shí)驗(yàn)選擇在pH 1.5左右顯色。

2.3 硫氰酸鈉用量

試驗(yàn)結(jié)果表明，加入8～12 mL硫氰酸鈉溶液，顯色液吸光度最大且基本不變，因此實(shí)驗(yàn)選擇加入10.0 mL硫氰酸鈉溶液。

2.4 顯色速度及絡(luò)合物的穩(wěn)定性

鐵與硫氰酸鈉的顯色反應(yīng)，在5 min內(nèi)吸光度達(dá)到最大，繼續(xù)放置0.5 h吸光度基本不變，因此實(shí)驗(yàn)選用室溫條件下顯色10 min后進(jìn)行比色。溫度不能高于30℃，否則溶液容易褪色。最好在顯色10 min內(nèi)比色完畢，這對(duì)于實(shí)驗(yàn)室條件較差的分析人員要特別注意。

2.5 校準(zhǔn)曲線及靈敏度

因鐵與硫氰酸鈉反應(yīng)在較寬范圍內(nèi)遵從比耳定律，試驗(yàn)選取與試樣鐵含量較接近一段[鐵含量c在300～800 μg/(100 mL)]繪制校準(zhǔn)曲線。在100 mL容量瓶中分別加入含鐵300、400、500、600、700、800 μg的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按實(shí)驗(yàn)方法顯色，測(cè)定吸光度A，得線性回歸方程為A=7.5×10-4c-0.016 7,相關(guān)系數(shù)r=0.999 8，表觀摩爾吸光系數(shù)為7.56×103L/(mol·cm)。

2.6 共存離子干擾試驗(yàn)

2.7 樣品分析

稱取0.100 0 g LiFePO4樣品于250 mL兩用瓶中，加10 mL高氯酸，低溫加熱至試樣完全溶解，取下，冷卻，以水稀釋至刻度，搖勻，留作母液備用。

分取5.0 mL母液于100 mL容量瓶中，按實(shí)驗(yàn)方法操作，測(cè)定溶液吸光度并計(jì)算鐵含量，結(jié)果與鄰菲啰啉光度法[2]測(cè)定結(jié)果相吻合，測(cè)定結(jié)果及回收率見表1。由表1可知，方法的加標(biāo)回收率為98.2%～101.9%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～1.7%，說明方法具有較高的準(zhǔn)確度與精密度。

表1 樣品中鐵的測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)語

采用硫氰酸鹽光度法測(cè)定LiFePO4中鐵，共存離子不干擾測(cè)定，無需另加任何掩蔽劑，方法具有簡(jiǎn)單快速、結(jié)果準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，可用于LiFePO4中鐵含量的測(cè)定。

[1] 朱廣燕，陳效華，翟麗娟，等.鋰離子電池正極材料LiFePO4的研究進(jìn)展[J].電源技術(shù)，2010，34(11)：1 201-1 205.

[2] 張琨，鄧小川，宋士濤，等.合成正極材料磷酸亞鐵鋰中鐵和磷含量的測(cè)定[J].鹽湖研究，2008，16(4)：37-41.

[3] 王曉艷，王星，王玉鋒.LiFePO4化學(xué)成分測(cè)定[J].電源技術(shù)，2006，30(9)：764-767.

[4] 譚立志，時(shí)振偉，王星.ICP-OES法快速測(cè)定LiFePO4中鋰鐵磷三元素及慘雜元素[J].電源技術(shù)，2010，34(10)：1 080-1 081.