解决方案|锂电池电解质中硫酸根离子（SO₄²⁻）的含量测定

六氟磷酸锂作为锂电池中的重要电解质，随着新能源领域的快速发展，其需求也与日俱增。其中硫酸根(SO₄²⁻)作为锂电池电解质中的添加剂，对电池的导电性及稳定性起着关重要的作用。根据化工标准«HG/T 4066-2015»中规定含量99.95%的六氟磷酸锂中硫酸根的限值≤5mg/kg。因此，建立、简单、快速分析微量硫酸根离子的含量测定方法对生产出性能更的锂电池意义重大。

      目前硫酸根(SO₄²⁻)含量的检测方法主要有比浊法和离子色谱法，由于硫酸钡比浊法受样品基体干扰较大，因此很难分析样品的微量硫酸根含量，且重复性较差;本方法采用天瑞仪器新一代离子色谱仪TIC-660测定六氟磷酸锂样品中的硫酸根(SO₄²⁻)含量，该方法检出限≤0.18μg/mL，保留时间Rt定性重复性RSD为0.15%，SO₄²⁻峰面积定量重复性RSD为3.45%,样品加标回收率为109.5%，线性相关系数r为0.99996。

      实验结果表明，该方法简单、快速高效，可有效应用于新能源企业中关于六氟磷酸锂中硫酸根离子的管控监测。

1.仪器简介

      TIC-660离子色谱仪是天瑞仪器在TIC-600的基础上，推出的一款性能更佳的离子色谱仪;它具有双极电路、电磁阀进样、可搭载自动淋洗液发生器、同时可兼容安培检测器、紫外检测器等多种检测器，满足不同的样品测试需求。

2.测试原理

      将处理好的样品溶液注入到定量环后，在流动相的作用下流经色谱柱，通过离子交换层析柱的离子交换功能，将样品中的离子根据大小、电荷、亲和性等特性被依次分离出来，经电导检测器检测后，以保留时间定性，得到浓度和峰面积之间的正比例关系。

3.实验部分

3.1主要仪器及试剂

TIC-660型离子色谱仪：江苏天瑞仪器股份有限公司。

标准溶液：1000mg/L硫酸根标准溶液。

阴离子色谱柱(4mm*250mm，5μm);

淋洗液采用碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液配制。

3.2样品前处理

     在干净的PP瓶中称取1g(精度0.1mg)六氟磷酸锂样品，加超纯水到约20g称重(稀释约20倍)，振荡摇匀，直样品溶解。溶液过0.22μm水系针式过滤器，进样即可。

3.3硫酸根离子标准溶液配制：

      硫酸根离子标准溶液采用梯度浓度的方式逐级稀释为0.5μg/mL、1.0μg/mL、5.0μg/mL、10.0μg/mL、20.0μg/mL的标准溶液;详见表1。

表1. 硫酸根标准曲线浓度(μg/mL)

3.4实验结果

3.4.1标准曲线

      按照硫酸根各浓度点依次进样，计算其峰面积，以浓度和峰面积绘制标准曲线，线性相关系数为0.99996，结果详见图1。

3.4.2检出限与定量限

       用0.5µg/L硫酸根标准溶液色谱图如图2所示，由色谱峰高和基线噪声，按其公式Cmin=2HN×CV/25H计算其检出限为0.009μg/mL，定量限为0.036μg/mL。

图2  0.5μg/mL硫酸根标准溶液色谱图

3.4.3重复性考察

取0.5µg/L硫酸根标准溶液重复进样6次，考察保留时间和峰面积的重复性，RSD结果详见表3。

表2 保留时间和峰面积重复性(n=6)

3.4.4样品测试及样品加标测试，其测试谱图如图3-1、3-2，测试结果见表3。

图3-1 六氟磷酸锂样品中硫酸根的实测谱图

图3-2六氟磷酸锂样品中的硫酸根加标1μg/mL谱图

表3 实测六氟磷酸锂样品中硫酸根的含量及加标1μg/mL的测定值及回收率

结论

      本文通过TIC-660离子色谱仪快速的分析了锂电池六氟磷酸锂中的硫酸根离子的含量，结果表明，该方法检出限低，重复性好，且前处理方法操作简单，可用于锂电池中微量硫酸根(SO₄²⁻)的有效监测。

参考文献

    【1】GB/T 19282-2014  六氟磷酸锂产品分析方法，中国国家标准化管理委员会发布，2015。