本文介紹了使用珀金埃爾默Avio 200電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）測定固態電解質中主量元素含量的分析方法，并對該方法進行了系統驗證。結果表明，該方法具有出色的準確度和良好的精密度，Avio 200抗干擾能力強，具有四種觀測方式，可以實現固態電解質樣品中主量元素穩定性的測定需求。
關鍵詞：Avio 200 ICP-OES無機氧化物 固態電解質 耐氫氟酸
隨著能源需求的不斷增長和對可再生能源的日益重視，儲能技術的發展已成為全球關注的焦點。鋰離子電池作為一種高效的儲能技術，在便攜式電子設備、電動汽車和大規模儲能系統等領域得到了廣泛應用。然而，傳統的鋰離子電池采用有機液態電解質，存在著易燃、易爆、易泄漏等安全隱患，嚴重限制了其在高能量密度和高安全性應用場景中的發展。因此，開發具有高離子電導率、高穩定性和良好機械性能的固態電解質成為了當前鋰離子電池研究的重要方向。
近年來，隨著材料科學和納米技術的不斷發展，固態電解質的研究取得了顯著進展。通過優化材料的組成、結構和制備工藝，以及采用復合、摻雜等方法，固態電解質的離子電導率、穩定性和機械性能得到了顯著提高，為固態電池的實際應用奠定了基礎。目前固態電解質主要有三大類，即無機固態電解質、有機固態電解質和復合固態電解質。早期的研究主要集中在有機聚合物固態電解質，如聚環氧乙烷（PEO）及其衍生物。PEO與鋰鹽復合形成的固態電解質具有一定的離子導電性，但其室溫離子電導率較低（通常在10-6 – 10-4 S/cm范圍內），限制了其實際應用。
20世紀90年代以來，無機固態電解質受到了廣泛關注。無機固態電解質主要包括氧化物、硫化物和鹵化物等類型。氧化物固態電解質具有較高的化學穩定性和機械強度，但其離子電導率相對較低。硫化物固態電解質具有較高的離子電導率（室溫下可達10-3 – 10-2 S/cm），但化學穩定性和空氣穩定性較差。鹵化物固態電解質具有較高的離子電導率和良好的機械性能，但其合成條件較為苛刻，成本較高。固態電解質作為固態電池的核心部件，在很大程度上決定了固態電池的各項性能參數，如功率密度、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。
目前對固態電解質的性能要求及測試方法還沒有統一的國家標準，T/SPSTS 019-2021團體標準中對無機氧化物固態電解質純度要求≥99.9%。氧化物固態電解質通常還有大量鋰（Li）、鋁（Al）、鋯（Zr）、鈦（Ti）、鑭（La）、磷（P）等元素。鋰含量對氧化物固態電解質的離子電導率有顯著影響。通常情況下，較高的鋰含量有助于提高離子電導率，但過高的鋰含量可能導致電解質的結構不穩定；在NASICON型固態電解質中，鋁的替代可能會產生雜相，從而降低整體電解質的離子電導率，影響電池的倍率及循環等電化學性能；在LLZO型固態電解質中，鋯和鈦的比例會影響電解質的晶體結構和離子電導率。故需要對電解質中主量元素進行精準測定來監測主量元素的比例從而改善電池結構和性能。
本文采用濕法消解，使用珀金埃爾默Avio 200電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）測定兩種無機氧化物固態電解質中的主量元素。LLZTO型及LATP型，LATP需要加入氫氟酸溶解，故本實驗采用耐氫氟酸的十字交叉進樣系統，線性良好，重復測定數據穩定。
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實驗部分
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01.試劑
鹽酸（電子級）、硝酸（電子級）、氫氟酸（電子級）；國藥集團化學試劑有限公司
Li、Al、Zr、Ti、P、La、Ta單元素標準溶液（1000mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）
超純水（電阻率18.2兆歐，Milli-Q）
02.溶液配制及樣品前處理
LLZTO樣品系列標準溶液:
用1%HNO3配制Li、La、Zr、Ta 系列標準溶液，含Li濃度為5、10、15、20mg/L；含La濃度為50、100、150、200mg/L；含Zr濃度為15、30、45、60mg/L；含Ta濃度10、20、30、40 mg/L。
LATP樣品系列標準溶液:
用1%HNO3配制Li、Al、Ti、P系列標準溶液，含Li、Al濃度為2、4、6、8mg/L；含Ti、P濃度為20、40、60、80mg/L。
樣品處理
LLZTO樣品處理：準確稱取0.1g（精確至0.0001g）樣品于50mL帶蓋離心管中，加入3mL鹽酸+1mL硝酸，于石墨消解器上125°消解至全部溶解，取下稍冷，用去離子水定容至500mL容量瓶中搖勻待測，同時制備全流程試劑空白3份及平行樣5份。
LATP樣品處理：準確稱取0.1g（精確至 0.0001g）樣品于50mL帶蓋離心管中，加入3mL鹽酸+1mL硝酸+2mL氫氟酸，于石墨消解器上125°消解至全部溶解，取下稍冷，用去離子水定容至500mL容量瓶中搖勻待測，同時制備全流程試劑空白3份及平行樣5份。
03. 實驗儀器及設備
Avio 200 ICP-OES及其平板等離子體系統
石墨消解儀
04.儀器參數及方法優化
表1. 儀器參數
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結果與討論
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01.標準曲線
本實驗中采用標準曲線法，對待測的每個元素各選取了1-2條譜線用于實驗，結果發現，各個元素的線性相關系數R均大于0.9999，各元素選擇譜線和相關系數如下表2所示。
表2. 14種元素線性相關系數
各元素校準曲線如下圖（cps/s，mg/L）
圖1. LLZTO樣品各元素校準曲線（點擊查看大圖）
圖2. LATP樣品各元素校準曲線（點擊查看大圖）
02.樣品平行性
采用濕法消解，每個樣品5份平行樣中主量元素測試結果及精密度如表3-1，3-2（精密度計算公式為五次獨立測定結果的絕對差值/算術平均值 x100%）。
表3-1. LLZTO樣品主量元素結果及精密度
表3-2. LATP樣品主量元素結果及精密度
03.樣品重復性（RSD）
每個樣品選取其中一個平行樣測試7次計算相對標準偏差，如表4
表4. 兩個樣品主量元素重復性RSD
珀金埃爾默Avio 200 ICP-OES是一款即開即用的雙向觀測電感耦合等離子體發射光譜儀，采用第二代平板等離子體技術及LDMOS晶體管技術，功率密度更高，壽命更強，基體耐受能力更好，標配正交霧化器，高鹽分進樣時不會堵塞，同時可耐氫氟酸、堿、王水和有機溶劑。其超高的靈敏度搭配干擾更少的徑向觀測方式，使得測試結果更加準確、穩定，故Avio 200 ICP-OES非常適用于固態電解質樣品中主量元素穩定性的測定需求。
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