由于科學(xué)界認為鋰離子電池已經(jīng)到達極限，固態(tài)電池近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池，是當前二次電池領(lǐng)域最為活躍的研究方向之一。理論上，全固態(tài)鋰離子電池的能量密度可達900 Wh/kg。安全性方面來說，由于固態(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì)彈性模量較高，可以有效抑制鋰枝晶的生長，提高電池安全性能。
相較于液態(tài)鋰離子電池，固態(tài)電池引入了全新的電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)單元，從而催生了新型材料的需求。從負極材料的發(fā)展進程來看，中短期內(nèi)石墨材料將逐漸被硅基材料所取代，長遠來看鋰金屬將成為主導(dǎo)。
目前石墨負極材料的可逆比容量已接近理論比容量上限372mAh/g。為提升鋰電池的能量密度，需開發(fā)更高比容量的負極材料。硅負極材料其理論比容量高達 4200 mAh/g，是石墨負極10倍左右。采用硅基負極材料的鋰電池質(zhì)量能量密度可以提升 8%以上。
金屬鋰同樣具有極高的理論比容量3860 mAh/g，相當于石墨負極的十倍，同時具有極低的電化學(xué)反應(yīng)電位，是一種極具前景的新一代儲能電池負極材料。
硅碳負極材料中雜質(zhì)元素含量直接影響電池的性能和安全性。因此，對負極材料中的雜質(zhì)進行準確、快速的分析是鋰電池生產(chǎn)質(zhì)量保證的關(guān)鍵步驟之一。
PlasmaQuant 9100非常適合雜質(zhì)元素測試，尤其面對復(fù)雜基體中的復(fù)雜光譜干擾的樣品，都可以輕松獲得很低的檢出限水平，滿足雜質(zhì)元素的準確測出。
以下是PlasmaQuant 9100測試負極材料的痕量元素的案例：
德國耶拿解決方案
1.儀器配置：PlasmaQuant 9100
2.測試元素：Fe、Co、Cr、Ni、Zn、S、Cu、Mo、P
3.樣品：硅碳
4.樣品前處理：
準確稱取0.1g樣品，加入硝酸、氫氟酸微波消解，加高氯酸并趕酸后定容至50mL，搖勻，待測。樣品需全消解至澄清透亮，如下圖。
4. 標準曲線配置
取適量體積標準溶液，用1%硝酸定容，采用重量法配置標準曲線。
標準曲線和譜圖信息：
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結(jié)果匯總
結(jié)果匯總
結(jié)論
使用 PlasmaQuant 9100 測試硅碳中的雜質(zhì)元素Fe、Co、Cr、Ni、Zn、S、Cu、Mo、P，從實驗結(jié)果來看，線性擬合系數(shù)R= 0.9993~0.9999，大部分元素含量極低，加標回收率范圍在90%~115%，準確度高，除去小于檢出限或者定量限的數(shù)據(jù)，RSD≤1.5%，說明重復(fù)性良好。
樣品中雜質(zhì)元素含量極低，很多元素在ppb水平，對儀器檢出限提出非常高的要求；其中S元素的可選譜線均在深紫外區(qū)，難度更大。而PlasmaQuant 9100能提供極低的檢出限，完全滿足固態(tài)電池硅碳負極材料中雜質(zhì)元素分析測試需求，不需要使用高價值的ICP-MS。
為何可以獲得如此低的檢出水平呢？
1）PlasmaQuant 9100超高的光學(xué)分辨率，可以將雜散光的背景信號降低，獲得更高的信背比，這是保證更低檢出限的前提。
2）采用氬氣反吹加冷錐的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得等離子體距離取光透鏡的位置更近，保證靈敏度的同時，降低由低溫尾焰產(chǎn)生的自吸干擾、電離干擾及分子光譜干擾，再次保證了更低的檢出限的獲得。
3）同時自激式RF發(fā)生器四繞組線圈的設(shè)計功率范圍是700w~1700w，以及40.68MHz的穩(wěn)定頻率，使得等離子可以持續(xù)穩(wěn)定輸出，進一步保證了更低檢出限的獲得。
4）PlasmaQuant 9100新一代高量子化效率和高紫外靈敏度的CCD陣列檢測器，噪聲低、暗電流小，像素分辨率可達2pm，可識別干擾譜線，并且允許重新背景校正，最終保證了如此低的檢出水平的獲得。
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