锂镍钴锰氧化物（LNCM）是三元锂电池的关键正极材料，具有比磷酸铁锂电池更高的电容量和更低的成本。氯（Cl）是一种可能影响电池效率和存储容量的杂质。因此，根据《中华人民共和国有色金属行业标准》(YS/T928.1-2013)的规定，为了质量控制，需要对LNCM中存在的Cl进行监测。
常规的测试方法包括硝酸银比浊法和离子选择电极法，但这两种技术的灵敏度低，检出限较差，约0.01%。相比之下，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种功能强大的元素分析技术，具有出色的检测限和非常高的灵敏度，非常适合测定正极材料及其前驱体中的Cl。
使用ICP-MS测定正极及其前驱体中的Cl时存在一些挑战，如Cl低下的电离效率，以及较高的总溶解性固体(TDS)带来的基质效应(后一个问题可以通过稀释有效解决)。相较需要格外溶剂与前处理时间的液体稀释法不同，某些ICP-MS系统提供的在线气体稀释可通过减少分析误差、污染和样品制备时间，为实际应用带来优势。
此次项目使用了配备全基质溶液（AMS）在线气体稀释功能的珀金埃尔默NexION® 1100G ICP-MS，讨论了LNCM中Cl的测定。
1 实验条件
样品制备
将正极粉末及前驱体粉末(各约0.5 g)准确称入50 mL离心管中，加入4 mL浓硝酸。盖子松开，使样品在120°C选消解一小时。消解结束后冷却，用超纯水稀释至50 mL，接着进行分析。
标准控制和质量控制
使用锗作为内标元素，使用标准曲线法进行定量分析。在缺少认证标准物质的情况下，在正极和前驱体样品中加入1 ppm Cl作为既标回收率实验，以验证方法的准确性。
仪器参数
对于该方法中使用的样品溶液，其总溶解固体经计算约为1%，由于严重的基质效应，这样的数值对于常规ICP-MS分析来说是一个挑战。珀金埃尔默的NexION ICP-MS系列配备了独特的大孔径采样锥和截取锥以及AMS气体稀释系统，可以准确和精密地分析高TDS样品。本实验所有数据的测定均使用NexION 1100G ICP-MS，方法设置如表1所示，条件和硬件如表2所示。
表1.方法设置(点击查看大图)
表2.条件和硬件
2 结果和讨论
如图1所示，标曲曲线相关系数大于0.99999，表现出良好的定量分析能力。
图1.Cl外标校准曲线
本测试中内标和基质加标样品的回收率均在±25%以内(表3)，符合行业要求。考虑稀释因素，方法检出限为3.2 mg/kg。因此，该方法非常适用于锂电池材料中Cl的测定。
表3.加标回收率结果
结论
这项工作证明了珀金埃尔默的NexION 1100G ICP-MS能够精确测量正极材料及其前驱体中的氯含量，是进行锂电池杂质测试的QC实验室的理想选择。该仪器专有的三锥接口带有大孔径锥和全基质溶液气体稀释系统，可以准确和精密分析高TDS样品。
耗材
参考资料
1.NexION 1100 ICP Mass Spectrometer, PerkinElmer Interactive Brochure, 2024.
2.All Matrix Solution System for NexION ICP-MS Platforms, PerkinElmer Product Note, 2023.
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