硫氰酸钠光度法测定LiFePO4中的铁
2011-01-22钟国秀杨浩义
钟国秀 杨浩义 卢 钒
(湖北省机电研究设计院,武汉 430070)
目前,LiFePO4已是最具开发潜力和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料,具有原材料无环境污染、比容量高、循环性能优良、材料热稳定性好等优点,所制备电池的使用寿命长、安全性能突出,是新一代锂离子电池的理想正极材料[1]。但是作为一种新的电源材料,其理化性能分析方法至关重要。目前,LiFePO4中铁的测定多采用光度法[2]、氧化还原滴定法[3]、ICP[4]法等。笔者采用高氯酸快速溶解试样,调节酸度一步到位,分取样品母液后加入硫氰酸钠直接测定铁含量,反应条件较宽,大量共存离子不干扰测定。方法用于LiFePO4中铁的直接测定,不用加入还原剂使3价铁还原为2价铁,不用加入缓冲溶液调节酸度,操作简单快速,结果准确可靠,便于实际推广应用。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
分光光光度计:722N型,上海精密科学仪器有限公司;
250 mL两用瓶:天津玻璃仪器制造有限公司;
铁标准溶液:100.00 μg/mL,称取0.100 0 g纯铁于150 mL锥形瓶中,加入5 mL硝酸溶液(1+1),低温加热至试样完全溶解,取下,加入20 mL高氯酸,高温加热至冒烟,取下,稍冷,加入少量水溶解盐类,移入1 000 mL容量瓶中,以水稀释至刻度,摇匀;
硫氰酸钠溶液:250 g/L;
高氯酸:密度约为1.76 g/mL;
实验所用试剂均为分析纯;
实验用水为蒸馏水。
1.2 实验方法
分别移取含铁300、400、500、600、700、800 μg的铁标准溶液于100 mL容量瓶中,加10.0 mL硫氰酸钠溶液,以水稀释至刻度并摇匀,用722N型分光光度计于480 nm波长处,用0.5 cm比色皿,以试剂空白为参比测定溶液的吸光度。
2 结果与讨论
2.1 吸收光谱
取一定量的铁标准溶液按照试验方法显色,在波长400~600 nm范围内进行扫描,得吸收曲线如图1所示。由图1可知,铁在波长480 nm时,有最大吸收峰,故实验选用测定波长为480 nm。
1—显色液cFe3+=5.00 μg/mL; 2—显色液cFe3+=3.00 μg/mL图1 吸收光谱
2.2 显色反应酸度
溶液pH在0.5~3.0范围内,显色体系的吸光度变化相对稳定,而在pH值大于3.0时,吸光度明显下降,因此本实验选择在pH 1.5左右显色。
2.3 硫氰酸钠用量
试验结果表明,加入8~12 mL硫氰酸钠溶液,显色液吸光度最大且基本不变,因此实验选择加入10.0 mL硫氰酸钠溶液。
2.4 显色速度及络合物的稳定性
铁与硫氰酸钠的显色反应,在5 min内吸光度达到最大,继续放置0.5 h吸光度基本不变,因此实验选用室温条件下显色10 min后进行比色。温度不能高于30℃,否则溶液容易褪色。最好在显色10 min内比色完毕,这对于实验室条件较差的分析人员要特别注意。
2.5 校准曲线及灵敏度
因铁与硫氰酸钠反应在较宽范围内遵从比耳定律,试验选取与试样铁含量较接近一段[铁含量c在300~800 μg/(100 mL)]绘制校准曲线。在100 mL容量瓶中分别加入含铁300、400、500、600、700、800 μg的铁标准溶液,然后按实验方法显色,测定吸光度A,得线性回归方程为A=7.5×10-4c-0.016 7,相关系数r=0.999 8,表观摩尔吸光系数为7.56×103L/(mol·cm)。
2.6 共存离子干扰试验
2.7 样品分析
称取0.100 0 g LiFePO4样品于250 mL两用瓶中,加10 mL高氯酸,低温加热至试样完全溶解,取下,冷却,以水稀释至刻度,摇匀,留作母液备用。
分取5.0 mL母液于100 mL容量瓶中,按实验方法操作,测定溶液吸光度并计算铁含量,结果与邻菲啰啉光度法[2]测定结果相吻合,测定结果及回收率见表1。由表1可知,方法的加标回收率为98.2%~101.9%,相对标准偏差为0.8%~1.7%,说明方法具有较高的准确度与精密度。
表1 样品中铁的测定结果
3 结语
采用硫氰酸盐光度法测定LiFePO4中铁,共存离子不干扰测定,无需另加任何掩蔽剂,方法具有简单快速、结果准确可靠的特点,可用于LiFePO4中铁含量的测定。
[1] 朱广燕,陈效华,翟丽娟,等.锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展[J].电源技术,2010,34(11):1 201-1 205.
[2] 张琨,邓小川,宋士涛,等.合成正极材料磷酸亚铁锂中铁和磷含量的测定[J].盐湖研究,2008,16(4):37-41.
[3] 王晓艳,王星,王玉锋.LiFePO4化学成分测定[J].电源技术,2006,30(9):764-767.
[4] 谭立志,时振伟,王星.ICP-OES法快速测定LiFePO4中锂铁磷三元素及惨杂元素[J].电源技术,2010,34(10):1 080-1 081.