如何对比XRF和ICP进行电池元素分析

by Umesh Tiwari, Friday, 10th January 2025

电池对于能源转型至关重要，但这也意味着生产率的提升压力十分巨大。为确保质量一致性，制造商使用元素分析来监测镍、锰和钴（NMC）等材料在原材料输入或生产过程中的存在情况。

然而，这种分析如何才能跟上行业增长所需的高效率？在许多行业中，元素分析主要有两种选择：感应耦合等离子体（ICP）光谱或X射线荧光（XRF）。继续阅读以了解ICP在高吞吐量环境中的局限性，以及为何XRF是一个强有力的替代方案。

XRF（X射线荧光）：
- XRF是一种非破坏性的技术，用于确定固体、液体或粉末样品的元素成分。
- 不需要频繁校准，操作和维护简便。
- 它在电池生产中的在线质量控制方面特别有效，因为其速度快，操作简便，可以以最少的样品准备分析多种元素和浓度。

ICP（感应耦合等离子体光谱）：
- ICP是一种破坏性元素分析技术，需要将样品溶解在酸中进行分析。
- ICP需要非常频繁的校准和氩气等气体的流动。
- ICP以高灵敏度和精确度闻名，适合痕量元素。然而，样品溶解的时间长以及需专门操作员小心处理腐蚀性酸液，使其不适合用于在线质量控制。

对于电池元素成分分析，ICP和XRF之间的主要区别在于它们各自的样品准备要求。这就是为何XRF的反馈回路紧密且操作简便，而ICP的反馈回路较长且需专门操作员的不同之处所在。

更深入地观察这两种技术，我们可以在三个主要方面找到更多差异：仪器校准、分析速度与自动化以及成本效益。

XRF本质上是比较技术。这意味着需要校准标准，因为仪器通过这些标准来对比样品以准确追踪元素并解释甚至未知的样品。通常更喜欢广泛的校准，因为它允许在多种样品类型中进行准确分析，这对于电池阴极制造至关重要。

我们使用认证参考材料（CRMs）作为校准标准。然而，市场上仅有一种用于NMC的商业CRM。因此，我们在英国的ISO认证设施中开发了一套合成参考材料的校准套件。XRF的优势在于，一旦使用这些标准对仪器进行了校准，校准可在数月甚至数年内保持稳定，只需进行最小的漂移校正！

相比之下，ICP通常需要窄校准范围以提高特定浓度水平的准确性。ICP还建议定期进行常常是每周的重新校准和漂移校正，这使其在高吞吐量环境中特别耗时费力。

由于使用危险化学品如硫酸和氢氟酸，ICP需要广泛且仔细的样品准备。因此，ICP仪器通常仅限于实验室离线分析。尽管其精度卓越，但ICP在生产现场的现场分析中不如XRF适合。

事实上，XRF仪器在电池生产和回收方面的现场分析中表现优异。例如，Epsilon 4的台式设计和稳固结构可以轻松地在生产线附近设置，操作员能够以最少的样品准备快速、简便地分析样品。

对于需要更高精密度的应用，样品可以通过硼酸锂熔融制备成熔融珠。Eagon 2自动熔融机可以在30分钟内完成这种样品准备，只增加了一点时间但极大地提升了精度。

我们使用Zetium XRF分析仪进行了一项使用熔融珠的XRF实验。阅读下面的应用笔记以了解更多。

对于液体工艺，XRF甚至可以通过Epsilon Xflow集成到生产线中。因此，操作员可以实时获取有关其工艺参数影响的数据，通过数据驱动决策来减少浪费和提高输出质量。

XRF校准的简便性和稳定性使其成为一种具成本效益的选择：维护需求较少，仪器的每周正常运转时间比ICP更多。然而，XRF最大的成本优势之一在于其无风险的易用性。投资于ICP仪器还需雇佣ICP专家进行样品准备；而投资于XRF仪器则不需如此。因此，XRF仪器的操作成本较低。

因此，XRF在快节奏的电池制造行业中脱颖而出，成为较为多样化、经济和高效的技术。

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