1. 鋰電池都有哪些物料
我也不是特別清楚，找到一篇，看看是否對您有幫助。祝您順利。
鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發展而來。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬於鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫醯氯，負極是鋰。電池組裝完成後電池即有電壓,不需充電.這種電池也可能充電,但循環性能不好,在充放電循環過程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。後來，日本索尼公司發明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出， 又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程中，鋰離子處於從正極→負極→正極的運動狀態。Li-ion Batteries就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電池。
鋰離子電池電池組成部分
（1）電池上下蓋
（2）正極——活性物質一般為氧化鋰鈷
（3）隔膜——一種特殊的復合膜
（4）負極——活性物質為碳
（5）有機電解液
（6）電池殼（分為鋼殼和鋁殼兩種）
鋰離子電池優缺點
鋰離子電池具有以下優點：
1） 電壓高，單體電池的工作電壓高達3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍
2） 比能量大，目前能達到的實際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍於Ni-Cd，1.5倍於Ni-MH）,未來隨著技術發展,比能量可高達150Wh/kg和400 Wh/L
3） 循環壽命長,一般均可達到500次以上,甚至1000次以上.對於小電流放電的電器,電池的使用期限 將倍增電器的競爭力.
4） 安全性能好,無公害,無記憶效應.作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發生短路,縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環境有污染的元素：部分工藝（如燒結式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為「記憶效應」，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。
5） 自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月後的自放電率為10%左右，大大低於Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。
6) 可快速充放電，1C充電是容量可以達到標稱容量的80%以上。
7) 工作溫度范圍高，工作溫度為-25~45°C，隨著電解質和正極的改進，期望能擴寬到-40~70°C。
鋰離子電池也存在著一定的缺點，如：
1） 電池成本較高。主要表現在正極材料LiCoO2的價格高（Co的資源較小），電解質體系提純困難。
2） 不能大電流放電。由於有機電解質體系等原因，電池內阻相對其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合於中小電流的電器使用。
3） 需要保護線路控制。
A、 過充保護：電池過充將破壞正極結構而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內部壓力過高而導致漏液等問題；故必須在4.1V-4.2V的恆壓下充電；
B、 過放保護：過放會導致活性物質的恢復困難，故也需要有保護線路控制。
摘要：綜述了鋰離子電池的發展趨勢，簡述了鋰離子電池的充放電機理理論研究狀況，總結歸納了作為核心技術的鋰電池正負電極材料的現有的制備理論和近來發展動態，評述了正極材料和負極材料的各種制備方法和發展前景，重點介紹了目前該領域的問題和改進發展情況。
材料
電子信息時代使對移動電源的需求快速增長。由於鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優點，且循環壽命長、安全性能好，使其在攜帶型電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。鋰離子電池的機理一般性分析認為,鋰離子電池作為一種化學電源，指分別用兩個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。鋰離子電池是物理學、材料科學和化學等學科研究的結晶。鋰離子電池所涉及的物理機理,目前是以固體物理中嵌入物理來解釋的,嵌入（intercalation）是指可移動的客體粒子（分子、原子、離子）可逆地嵌入到具有合適尺寸的主體晶格中的網路空格點上。電子輸運鋰離子電池的正極和負極材料都是離子和電子的混合導體嵌入化合物。電子只能在正極和負極材料中運動[4][5][6]。已知的嵌入化合物種類繁多，客體粒子可以是分子、原子或離子．在嵌入離子的同時，要求由主體結構作電荷補償，以維持電中性。電荷補償可以由主體材料能帶結構的改變來實現，電導率在嵌入前後會有變化。鋰離子電池電極材料可穩定存在於空氣中與其這一特性息息相關。嵌入化合物只有滿足結構改變可逆並能以結構彌補電荷變化才能作為鋰離子電池電極材料。
控制鋰離子電池性能的關鍵材料——電池中正負極活性材料是這一技術的關鍵，這是國內外研究人員的共識。
1 正極材料的性能和一般制備方法
正極中表徵離子輸運性質的重要參數是化學擴散系數,通常情況下，正極活性物質中鋰離子的擴散系數都比較低。鋰嵌入到正極材料或從正級材料中脫嵌，伴隨著晶相變化。因此，鋰離子電池的電極膜都要求很薄，一般為幾十微米的數量級。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時儲存容器。為了獲得較高的單體電池電壓，傾向於選擇高電勢的嵌鋰化合物。正極材料應滿足：
1）在所要求的充放電電位范圍內，具有與電解質溶液的電化學相容性；
2）溫和的電極過程動力學；
3）高度可逆性；
4）全鋰化狀態下在空氣中的穩定性。
研究的熱點主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結構的化合物及復合兩種M（M為Co，Ni，Mn，V等過渡金屬離子）的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材料，Li＋離子的脫嵌與嵌入過程中結構變化的程度和可逆性決定了電池的穩定重復充放電性。正極材料制備中，其原料性能和合成工藝條件都會對最終結構產生影響。多種有前途的正極材料，都存在使用循環過程中電容量衰減的情況，這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1－xCoO2（0<x<0．8），Li1－xNiO2（0<x<0．8），LiMnO2[7][8]。它們作為鋰離子電池正極材料各有優劣。鋰鈷氧為正極的鋰離子電池具有開路電壓高，比能量大，循環壽命長，能快速充放電等優點，但安全性差；鋰鎳氧較鋰鈷氧價格低廉，性能與鋰鈷氧相當，具有較優秀的嵌鋰性能，但制備困難；而鋰錳氧價格更為低廉，制備相對容易，而且其耐過充安全性能好，但其嵌鋰容量低，並且充放電時尖晶石結構不穩定。從應用前景來看，尋求資源豐富、價廉、無公害，還有在過充電時對電壓控制和電路保護的要求較低等優點的，高性能的正極材料將是鋰離子電池正極材料研究的重點。國外有報道LiVO2亦能形成層狀化合物，可作為正極電極材料[9]。從這些報道看出，雖然電極材料化學組成相同，但制備工藝發生變化後，其性能改變較多。成功的商品化電極材料在制備工藝上都有其獨到之處，這是國內目前研究的差距所在。各種制備方法優缺點列舉如下。
1）固相法一般選用碳酸鋰等鋰鹽和鈷化合物或鎳化合物研磨混合後，進行燒結反應[10]。此方法優點是工藝流程簡單，原料易得，屬於鋰離子電池發展初期被廣泛研究開發生產的方法，國外技術較成熟；缺點是所製得正極材料電容量有限，原料混合均勻性差，制備材料的性能穩定性不好，批次與批次之間質量一致性差。
2）絡合物法用有機絡合物先制備含鋰離子和鈷或釩離子的絡合物前驅體，再燒結制備。該方法的優點是分子規模混合，材料均勻性和性能穩定性好，正極材料電容量比固相法高，國外已試驗用作鋰離子電池的工業化方法，技術並未成熟，國內目前還鮮有報道。
3）溶膠凝膠法利用上世紀70年代發展起
來的制備超微粒子的方法，制備正極材料，該方法具備了絡合物法的優點，而且制備出的電極材料電容量有較大的提高，屬於正在國內外迅速發展的一種方法。缺點是成本較高，技術還屬於開發階段[11]。
4）離子交換法Armstrong等用離子交換法制備的LiMnO2，獲得了可逆放電容量達270mA·h/g高值，此方法成為研究的新熱點，它具有所制電極性能穩定，電容量高的特點。但過程涉及溶液重結晶蒸發等費能費時步驟，距離實用化還有相當距離。
正極材料的研究從國外文獻可看出,其電容量以每年30～50mA·h/g的速度在增長，發展趨向於微結構尺度越來越小，而電容量越來越大的嵌鋰化合物，原材料尺度向納米級挺進，關於嵌鋰化合物結構的理論研究已取得一定進展，但其發展理論還在不斷變化中。困擾這一領域的鋰電池電容量提高和循環容量衰減的問題，已有研究者提出添加其它組分來克服的方法[12][13][14][15][16][17]。但就目前而言，這些方法的理論機理並未研究清楚，導致日本學者Yoshio.Nishi認為，過去十年以來在這一領域實質進展不大[1]，急須進一步地研究。
2 負極材料的性能和一般制備方法
負極材料的電導率一般都較高，則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的化合物，如各種碳材料和金屬氧化物。可逆地嵌入脫嵌鋰離子的負極材料要求具有：
1）在鋰離子的嵌入反應中自由能變化小；
2）鋰離子在負極的固態結構中有高的擴散率；
3）高度可逆的嵌入反應；
4）有良好的電導率；
5）熱力學上穩定，同時與電解質不發生反應。
研究工作主要集中在碳材料和具有特殊結構的其它金屬氧化物。石墨、軟碳、中相碳微球已在國內有開發和研究，硬碳、碳納米管、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中[18][19][20][21][22][23]。日本Honda Researchand Development Co．，Ltd的K．Sato等人利用聚對苯撐乙烯（Polyparaphenylene——PPP）的熱解產物PPP－700（以一定的加熱速度加熱PPP至700℃，並保溫一定時間得到的熱解產物）作為負極，可逆容量高達680mA·h/g。美國MIT的MJMatthews報道PPP－700儲鋰容量（Storagecapacity）可達1170mA·h/g。若儲鋰容量為1170mA·h/g，隨著鋰嵌入量的增加，進而提高鋰離子電池性能，筆者認為今後研究將集中於更小的納米尺度的嵌鋰微結構。幾乎與研究碳負極同時，尋找電位與Li＋／Li電位相近的其他負極材料的工作一直受到重視。鋰離子電池中所用碳材料尚存在兩方面的問題：
1）電壓滯後，即鋰的嵌入反應在0～0．25V之間進行（相對於Li＋／Li）而脫嵌反應則在1V左右發生；
2）循環容量逐漸下降，一般經過12～20次循環後，容量降至400～500mA·h/g。
理論上的進一步深化還有賴於各種高純度、結構規整的原料及碳材料的制備和更為有效的結構表徵方法的建立。日本富士公司開發出了鋰離子電池新型錫復合氧化物基負極材料，除此之外，已有的研究主要集中於一些金屬氧化物，其質量比能量較碳負極材料大大提高。如SnO2，WO2，MoO2，VO2，TiO2，LixFe2O3，Li4Ti5O12，Li4Mn5O12等[24]，但不如碳電極成熟。鋰在碳材料中的可逆高儲存機理主要有鋰分子Li2形成機理、多層鋰機理、晶格點陣機理、彈性球－彈性網模型、層－邊端－表面儲鋰機理、納米級石墨儲鋰機理、碳－鋰－氫機理和微孔儲鋰機理。石墨，作為碳材料中的一種，早就被發現它能與鋰形成石墨嵌入化合物（Graphite Intercalation Compounds）LiC6，但這些理論還處於發展階段。負極材料要克服的困難也是一個容量循環衰減的問題，但從文獻可知，制備高純度和規整的微結構碳負極材料是發展的一個方向。
一般制備負極材料的方法可綜述如下。
1）在一定高溫下加熱軟碳得到高度石墨化的碳；嵌鋰石墨離子型化合物分子式為LiC6，其中的鋰離子在石墨中嵌入和脫嵌過程動態變化，石墨結構與電化學性能的關系，不可逆電容量損失原因和提高方法等問題，都得到眾多研究者的探討。2）將具有特殊結構的交聯樹脂在高溫下分解得到的硬碳,可逆電容量比石墨碳高，其結構受原料影響較大，但一般文獻認為這些碳結構中的納米微孔對其嵌鋰容量有較大影響，對其研究主要集中於利用特殊分子結構的高聚物來制備含更多納米級微孔的硬碳[25][26][27]。
3）高溫熱分解有機物和高聚物制備的含氫碳[28][29]。這類材料具有600～900mA·h/g的可逆電容量，因而受到關注，但其電壓滯後和循環容量下降的問題是其最大應用障礙。對其制備方法的改進和理論機理解釋將是研究的重點。
4）各種金屬氧化物其機理與正極材料類似[24]，
也受到研究者的注意，研究方向主要是獲取新型結構或復合結構的金屬氧化物。
5）作為一種嵌鋰材料，碳納米管、巴基球C60等也是當前研究的一個新熱點，成為納米材料研究的一個分支。碳納米管、巴基球C60的特殊結構使其成為高電容量嵌鋰材料的最佳選擇[22][23][30]。從理論上說，納米結構可提供的嵌鋰容量會比目前已有的各種材料要高，其微觀結構已被廣泛研究並取得了很大進展，但如何制備適當堆積方式以獲得優異性能的電極材料，這應是研究的一個重要方向[31][32][33]。
3 結語
綜上所述，近年來鋰離子電池中正負極活性材料的研究和開發應用，在國際上相當活躍，並已取得很大進展。材料的晶體結構規整，充放電過程中結構不發生不可逆變化是獲得比容量高，循環壽命長的鋰離子電池的關鍵。然而，對嵌鋰材料的結構與性能的研究仍是該領域目前最薄弱的環節。鋰離子電池的研究是一類不斷更新的電池體系，物理學和化學的很多新的研究成果會對鋰離子電池產生重大影響，比如納米固體電極，有可能使鋰離子電池有更高的能量密度和功率密度，從而大大增加鋰離子電池的應用范圍。總之，鋰離子電池的研究是一個涉及化學、物理、材料、能源、電子學等眾多學科的交叉領域。目前該領域的進展已引起化學電源界和產業界的極大興趣。可以預料，隨著電極材料結構與性能關系研究的深入，從分子水平上設計出來的各種規整結構或摻雜復合結構的正負極材料將有力地推動鋰離子電池的研究和應用。鋰離子電池將會是繼鎳鎘、鎳氫電池之後，在今後相當長一段時間內，市場前景最好、發展最快的一種二次電池。
電池的分類有不同的方法其分類方法大體上可分為三大類
第一類：按電解液種類劃分包括：鹼性電池，電解質主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池，如：鹼性鋅錳電池（俗稱鹼錳電池或鹼性電池）、鎘鎳電池、氫鎳電池等；酸性電池，主要以硫酸水溶液為介質，如鉛酸蓄電池；中性電池，以鹽溶液為介質，如鋅錳干電池（有的消費者也稱之為酸性電池）、海水激活電池等；有機電解液電池，主要以有機溶液為介質的電池，如鋰電池、鋰離子電池待。
第二類：按工作性質和貯存方式劃分包括：一次電池，又稱原電池，即不能再充電的電池，如鋅錳干電池、鋰原電池等；二次電池，即可充電電池，如氫鎳電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等；蓄電池習慣上指鉛酸蓄電池，也是二次電池；燃料電池，即活性材料在電池工作時才連續不斷地 從外部加入電池，如氫氧燃料電池等；貯備電池，即電池貯存時不直接接觸電解液，直到電池使用時，才加入電解液，如鎂－氯化銀電池又稱海水激活電池等。
第三類：按電池所用正、負有為材料劃分包括：鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等；鎳系列電池，如鎘鎳電池、氫鎳電池等；鉛系列電池，如鉛酸電池等；鋰系列電池、鋰鎂電池；二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、鹼錳電池等；空氣（氧氣）系列電池，如鋅空電池等
充電電池定義
充電電池又稱：蓄電池、二次電池，是可以反復充電使用的電池。常見的有：鉛酸電池（用於汽車時，俗稱「電瓶」）、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池。
電池的額定容量
電池的額定容量指在一定放電條件下，電池放電至截止電壓時放出的電量。IEC標准規定鎳鎘和鎳氫電池在20±5℃環境下，以0.1C充電16小時後以0.2C放電至1.0V時所放出的電量為電池的額定容量。單位有Ah, mAh (1Ah=1000mAh)
如何正確使用鋰離子電池？
正確使用鋰離子電池應注意以下幾點：
避免在嚴酷條件下使用，如：高溫、高濕度、夏日陽光下長時間暴曬等，避免將電池投入火中；
裝、拆電池時，應確保用電器具處於電源關閉狀態；使用溫度應保持在－20~55℃之間；
避免將電池長時間「存放」在停止使用的用電器具中；
2. 離子色譜法測定鋰、鈉、鉀、鈣、鎂、銨
方法提要
水樣中陽離子Li+、Na+、NH+4、K+、Mg2+、Ca2+，隨鹽酸淋洗液進入陽離子分離柱，根據離子交換樹脂對各陽離子的不同親和程度進行分離。經分離後的各組分流經抑制系統，將強電解質的淋洗液轉換為弱電解溶液，降低了背景電導。流經電導檢測器系統，測量各離子組分的電導率。以相對保留時間和色譜峰(面積)定性和定量。
本法用電導檢測器，在3～300μS測量量程，可達到線性范圍分別為:Li+0.02～27mg/L;Na+0.06～90mg/L;K+0.16～225mg/L。10～300μS量程為:Mg2+1.2～35mg/L;Ca2+1.7～360mg/L。
儀器和裝置
離子色譜儀(電導檢測器)。
陽離子分離柱/保護柱(IopacCS12，CS14或同類產品)。
抑制器系統(抑制柱、膜抑制器或自動再生電解抑制器)。
濾膜(0.2μm)和過濾器。
試劑
本法需用電導率小於1μS/cm的純水配製標准溶液和淋洗液。
淋洗液 鹽酸c(HCl)=20mmol/L。
再生液 四甲基氫氧化銨c(CH3)4NOH=100mmol/L稱取36.5g四甲基氫氧化銨，置於100mL容量瓶中，加水至刻度。
鈉(Na+) 標准儲備溶液ρ(Na+)=1.00mg/mL稱取0.5084g經500℃灼燒1h，並在乾燥器中冷卻0.5h的NaCl，置於200mL容量瓶中，加入水溶解後稀釋至刻度，搖勻。
鉀(K+) 標准儲備溶液ρ(K+)=1.00mg/mL稱取0.4457g經500℃灼燒1h並在乾燥器中冷卻0.5h的K2SO4，置於200mL容量瓶中，加入水溶解後稀釋至刻度，搖勻。
鋰(Li+) 標准儲備溶液ρ(Li+)=1.00mg/mL稱取1.0648gLi2CO3置於200mL容量瓶中，加少量水濕潤，逐滴加入(1+1)HCl，使碳酸鋰完全溶解，再過量2滴。加入水至刻度，搖勻。
圖81.65 種陽離子的色譜圖
鈣(Ca2+)標准儲備溶液ρ(Ca2+)=1.00mg/mL稱取0.4994g經105℃乾燥的CaCO3置於200mL燒杯中，加入少量純水，逐漸加入(1+1)HCl，待完全溶解後，再加入過量(1+1)HCl。煮沸驅除二氧化碳，定量地轉移至200mL容量瓶中，加入純水溶解後稀釋至刻度。
鎂(Mg2+)標准儲備溶液ρ(Mg2+)=1.00mg/mL稱取0.7836g氯化鎂(MgCl2)置於200mL容量瓶中，加入純水溶解後稀釋至刻度。
陽離子混合標准溶液根據選定的測量范圍，分別吸取適量各組分的標准儲備溶液，定容至一定體積，以mg/L表示各組分濃度。
分析步驟
開啟離子色譜儀，調節淋洗液和再生液流速，使儀器達到平衡，並指示穩定的基線。
校準。根據所選擇的量程，將陽離子混合標准溶液和兩次等比稀釋的三種不同濃度的陽離子混合標准溶液依次進樣。記錄峰高或峰面積，繪制校準曲線。
將水樣經0.2μm濾膜過濾注入進樣系統，記錄色譜峰高或峰面積。各種陽離子的質量濃度(mg/L)在標准曲線上直接查得。
各種陽離子的測定范圍(mg/L)見表81.8及色譜圖81.6。
表81.8 各種陽離子在不同量程的參考測定濃度
續表
3. 離子交換法
陽離子交換樹脂對鹼金屬的吸附能力隨其水化物離子半徑的減小而增強專。根據鹼金屬屬的活度系數，陽離子交換樹脂對其吸附能力的次序為:Cs>Rb>K>NH+4>Na>Li。
有些無機化合物對鹼金屬有選擇性的吸附作用，可作為離子交換劑用。
磷酸鋁在水溶液中能吸附銣、銫，其分離系數比合成樹脂還高。交換柱上的銣、銫可分別用稀硝酸及高於1mol/LHNO3洗脫。
在硝酸溶液中，銣、銫可被磷鉬酸銨吸附，與鉀、鈉、鋰分離，再用2mol/L和6mol/LNH4NO3溶液洗脫銣、銫。當氧化鉀含量低於50mg時，銣、銫回收率均在90%以上。
陰離子交換樹脂在一定條件下，雖可用於鹼金屬彼此之間的分離，但大多數情況是作為分離其他元素用。
在鹽酸溶液中，鈷、鋅、鐵、鎘形成穩定的氯陰離子，能被強鹼性陰離子交換樹脂吸附，或上述元素及釩與檸檬酸作用後，也可被陰離子交換樹脂吸附而與鹼金屬分離。
鈣、鎂在EDTA的乙醇溶液中，或其他一些兩價金屬在有EDTA或乙酸鹽存在下，均可被陰離子交換樹脂吸附，因此可用作鹼金屬與鹼土金屬的分離。
4. 離子交換分離操作中，以高濃度鹽溶液進行洗脫的原理是
用離子交換樹脂進行分離的操作程序包括三個步驟,具體操作過程如下文中所述.
(1)交換柱的制備首先選擇合適的離子交換樹脂類型,用相應的溶液進行處理,如強酸性陽離子交換樹脂需要在稀鹽酸中浸泡,以除去雜質並使之溶脹和完全轉變成H式.然後用蒸餾水洗至中性,裝入充滿蒸餾水的交換柱中.注意防止氣泡進入樹脂層.
(2)交換使待處理水樣以合適的流速通過交換柱進行離子交換.交換完畢後用蒸餾水洗去殘留的溶液及交換過程中形成的酸、鹼或鹽類等.
(3)洗脫洗脫是將已交換到樹脂上的離子分離出來的過程.選擇合適的洗脫液,使之以適宜速度通過交換柱進行洗脫.（更多質量檢測、分析測試、化學計量、標准物質相關技術資料請參考中檢所對照品查詢 www.rmhot.com）
陽離子交換樹脂常用鹽酸溶液作為洗脫液；陰離子交換樹脂常用鹽酸溶液、氯化鈉或氫氧化鈉溶液作洗脫液.對於分配系數相近的離子,可用含有機絡合劑或有機溶劑的洗脫液,以提高洗脫過程的選擇性.
離子交換技術在富集和分離微量或痕量元素方面應用很廣.例如分離水中的鋰離子、錳離子、銅離子、鐵離子、鋅離子等多種金屬離子,首先加入鹽酸使一部分離子轉變為絡合陰離子,然後將水樣通過強鹼性陰離子交換樹脂,各種離子均被交換在樹脂上,最後用不同濃度的鹽酸溶液進行洗脫分離.鋰離子不生成絡合陰離子,不發生交換,可用12mol／L HCl溶液最先洗脫出來
5. 離子交換樹脂法的應用有哪些
離子交換樹脂法的應用有哪些
用離子交換樹脂進行分離的操作程序包括三個步驟,具體操作過程如下文中所述.
(1)交換柱的制備首先選擇合適的離子交換樹脂類型,用相應的溶液進行處理,如強酸性陽離子交換樹脂需要在稀鹽酸中浸泡,以除去雜質並使之溶脹和完全轉變成H式.然後用蒸餾水洗至中性,裝入充滿蒸餾水的交換柱中.注意防止氣泡進入樹脂層.
(2)交換使待處理水樣以合適的流速通過交換柱進行離子交換.交換完畢後用蒸餾水洗去殘留的溶液及交換過程中形成的酸、鹼或鹽類等.
(3)洗脫洗脫是將已交換到樹脂上的離子分離出來的過程.選擇合適的洗脫液,使之以適宜速度通過交換柱進行洗脫.
陽離子交換樹脂常用鹽酸溶液作為洗脫液；陰離子交換樹脂常用鹽酸溶液、氯化鈉或氫氧化鈉溶液作洗脫液.對於分配系數相近的離子,可用含有機絡合劑或有機溶劑的洗脫液,以提高洗脫過程的選擇性.
離子交換技術在富集和分離微量或痕量元素方面應用很廣.例如分離水中的鋰離子、錳離子、銅離子、鐵離子、鋅離子等多種金屬離子,首先加入鹽酸使一部分離子轉變為絡合陰離子,然後將水樣通過強鹼性陰離子交換樹脂,各種離子均被交換在樹脂上,最後用不同濃度的鹽酸溶液進行洗脫分離.鋰離子不生成絡合陰離子,不發生交換,可用12mol／L HCl溶液最先洗脫出來
6. 鋰同位素測量
熱電離質譜法測量鋰同位素
自然界鋰有兩種穩定同位素6Li和7Li，原子質量分別為6.0151223(5)u和7.0160041(5)u，其豐度分別為0.07591(2)和0.92409(20)(Coplenetal.，2002)。IAEA推薦的鋰同位素標准參考物質是NBSL-SVECLi2CO3，其絕對6Li/7Li=0.0832±0.0002(Fleschetal.，1973)。另外還有兩個標准物質是富6Li的IRMM-015和天然豐度的IRMM-016，後者的絕對6Li/7Li=0.08212±0.00028(Qietal.，1997)。根據IUPAC的推薦，試樣的鋰同位素組成要採用δ7Li表示(Coplen，1996)。
目前測定鋰同位素的方法主要有歷史悠久的熱電離質譜法(TIMS)(Sahoo，Masuda，1995)和近期發展起來的多接收等離子體質譜法(MC-ICPMS)(Magnaetal.，2004)。
方法提要
採用鹼熔、酸溶或水溶的方法將待測試樣中的Li制備成含Li溶液，採用離子交換方法進行Li的分離並轉型為Li2B7O4或Li3PO3形式，採用雙帶熱電離的方法獲得Li+離子進行鋰同位素組成的TIMS測定。
儀器裝置
熱電離同位素質譜計(VG354，MAT262，IsoProbeT，Triton)。
原子吸收光譜儀。
真空燒帶裝置。
超凈化實驗室。
石英亞佛蒸餾器。
超凈化乾燥蒸發箱。
電子分析天平。
試劑與材料
硼酸優級純。
氫氧化鈉優級純。
氯化鈉優級純。
磷酸。
低本底亞沸蒸餾鹽酸。
無水甲醇優級純。
低Li亞沸蒸餾水。
1.2mol/LHCl-(4+1)甲醇淋洗溶液由上述試劑配製。
NBS951硼同位素標准溶液ρ(B)=1mg/mL。
各類四氟乙烯器皿燒杯、洗瓶等。
NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素標准物質。
Ta金屬箔和Re金屬箔規格:長7.5mm，寬0.76mm，厚0.02mm。
上海正一號陽離子交換樹脂(80～100目)。
石英離子交換柱=0.5cm。
離子交換柱的制備將浸泡過夜的上海正一號陽離子交換樹脂(80～100目)裝入直徑為0.5cm的石英離子交換柱中，樹脂床高度為10cm，繼以200mL4mol/LHCl淋洗，再用高純水洗至中性，並採用1.2mol/LHCl-(4+1)甲醇淋洗溶液將交換柱中的水排出，最後將樹脂倒出，用1.2mol/LHCl-(4+1)甲醇溶液重新裝柱備用。
分析步驟
(1)試樣制備
a.鹽類試樣的溶解及水溶液試樣的預處理。稱取約0.1g鹽類試樣，用低鋰亞沸蒸餾水溶解，過濾除去不溶部分，制備成含Li的溶液備用。水溶液試樣過濾除去不溶物後，在低溫下蒸發至約3mL備用。
b.離子交換純化。在准備就緒的試樣溶液中加入2.5gNaCl和15mL1.2mol/LHCl-(4+1)甲醇淋洗溶液，以0.2mL/min的流速過柱進行交換，盛樣容器中殘留的NaCl晶體用少量淋洗溶液轉移，剩下的少量NaCl晶體用0.2mL水溶解後再加入2mL淋洗液，混合後倒入柱中，重復一次以上操作。最後用淋洗溶液以0.5mL/min的流速淋洗，根據淋洗曲線收集含Li的淋洗液部分。在超凈箱中於60℃蒸發至干，加少量水溶解，再蒸干，重復2次。將生成的溶液通過OH-型陰離子交換柱，將Li轉化成LiOH形式備用。
當採用Li3PO4作塗樣物質時，將交換分離後的試樣溶液蒸干後加入0.3mL0.017mol/LH3PO4，然後在電熱板上於90℃蒸發數小時備用。
(2)鋰含量和特殊組成測定
a.鋰含量的檢測。試液中鋰的濃度可採用原子吸收光譜法測量，以確定鋰同位素質譜測定時的取樣量。
b.鉭、錸帶的加熱去氣處理。為了降低鉭和錸帶中的Li及其他雜質的含量，鉭和錸帶通常要進行加熱處理，過程如下:將點焊在燈絲架上的鉭和錸帶在專用的真空系統中進行電加熱處理，加熱電流Ta帶為3.0A，Re帶4.5A，加熱時間為1.0h，系統的真空度應優於1×10-3Pa。
c.鋰同位素測定。鋰同位素分析在熱電離同位素質譜計(VG354，MAT261，MAT262，IsoProbeT，TritonT)上進行。
採用Li2B4O7作塗樣物質(Xiao，1989):採用去過氣的雙帶或三帶，樣品帶為Ta帶，電離帶為Re帶。塗樣時在樣品帶上塗3μL濃度為1mg/mL的NBS951硼標准溶液(也可採用其他超純的H3BO3化學試劑)，蒸發至近干，再加入0.5～1.0μgLi的試液溶液，通以1.2A電流，加熱2min使試液蒸干。裝入質譜計，當離子源真空優於3×10-5Pa時開始進行測量。快速升高電離帶電離至2.00A，然後以0.2A/min繼續升高直到電離帶溫度為1500℃，溫度採用光學溫度計測量。然後緩慢升高樣品帶電流至7Li+離子流達到5×10-12A。對7Li+離子流進行儀器聚焦，當7Li+離子流達到2×10-11A時開始數據採集，採用峰跳掃方式測量7Li+和6Li+離子流強度，基線零點為u/e6.5。
採用Li3PO4作塗樣物質(Moriguti，1998):採用去過氣的雙帶或三帶，樣品帶和電離帶均為Re帶。塗樣時在樣品帶上塗添加有H3PO4的含Li的試樣溶液，先在1.0A下加熱，隨後緩慢升高電流至1.7A，並避免試液沸騰，維持帶電流直至磷酸冒煙消失。裝入質譜計，當離子源真空優於3×10-5Pa時開始進行測量。首先升高電離帶電流至電離帶溫度為1150℃，樣品帶電流升至0.3A，維持10min後快速將兩加熱電流降至0，冷卻10min後再重新升高電離帶電流至1.05～1.10A，此時溫度為850℃，升高樣品帶電流至0.60A，此時將出現7Li+，隨後緩慢升高至7Li+離子流達到(1.05～1.25)×10-11A時開始數據採集。採用峰跳掃方式測量7Li+和6Li+離子流強度，基線零點為u/e6.5。
若採用IsoProbeT或FinniganTriton進行測量，可採用雙接收同時進行7Li+和6Li+離子流強度的測量。
試液的鋰同位素組成用相對於NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素標准δ7Li表示:
岩石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術
圖87.26表明在不同的電離帶溫度下以Li2B4O7作塗樣物質時，7Li/6Li比值隨測量時間的變化。結果表明，當電離帶溫度低於1200℃時，測定的7Li/6Li比值偏低，且有隨時間而升高的趨勢。
圖87.26 以Li2B4O7作塗樣物質時不同電離溫度時7Li/6Li比值隨時間的變化
按照以上方法對NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素標准進行重復塗樣測定的7Li/6Li比值列於表87.25。
表87.25 對NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素標准7Li/6Li比值測定的重復性
採用正熱電離質譜法測得的NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素比值
正熱電離質譜法在Li同位素地球化學、環境等研究領域獲得廣泛應用。表87.26總結了世界各實驗室採用正熱電離質譜法測得的NBSL-SVECLi2CO3鋰同位素比值和精度。
表87.26 各實驗室採用熱電離質譜法測定的NBSL-SVECLi2CO3Li同位素比值
討論
鋰同位素熱電離質譜法測定有一個由單帶到雙帶的發展過程。在多帶法中由於Li以分子形式蒸發，降低了Li在蒸發過程中的同位素分餾而使測定精度得以提高，最常用的塗樣物質有LiNO3、LiCl、LiI、Li2SO4、Li3PO4和Li2B4O7，被檢測的離子有Li+、LiF+和Li2BO2+。近些年來，以Li3PO4作塗樣形式測定Li+的方法得到更普遍的應用。Xiao(1989)等對採用Li2B4O7作塗樣物質測定Li+的熱電離質譜法高精度測定鋰同位素進行系統研究，發現電離帶溫度對控制測定中的鋰同位素分餾起著決定性作用。在多種塗樣物質中，發現Li2B4O7是最好的，能獲得最穩定的7Li/6Li比值測定。但是後來有研究表明，Li3PO4作塗樣物質具有更多的優越性(Moriguti，1998)。
1)電離溫度的影響。由於Li的兩種穩定同位素6Li和7Li非常大的相對質量差，在熱電離質譜法測定中會產生嚴重的同位素分餾，使得鋰同位素的精密測定十分困難。電離溫度是影響Li同位素分餾的重要因素，圖87.27表明採用不同塗樣物質時，7Li/6Li比值隨電離溫度的變化;在低溫時，測定的7Li/6Li比值嚴重偏低，隨電離溫度的升高，測定的7Li/6Li比值逐漸升高，到1200℃時7Li/6Li比值才趨於平穩。這表明在低溫時，Li同位素的分餾更為顯著，因此在進行Li同位素熱電離法測定時，電離溫度應在1400℃以上。
2)不同形式塗樣物質的比較。採用大分子量的塗樣物質能降低Li化合物蒸發過程中的同位素分餾，因此Li同位素測定中採用的塗樣物質有一個由低相對分子質量到高相對分子質量的發展過程，所採用塗樣物質有LiOH、LiCl、LiNO3、LiF、LiI、Li2B4O7和Li3PO4等。除了這一因素外，塗樣物質的腐蝕性和記憶效應以及能否產生穩定的Li+離子流應進行綜合考慮。表87.27表明，LiCl和Li2B4O7可能是比較理想的塗樣物質，7Li/6Li測定精度可達0.14%以上，而且記憶效應較弱。近些年來，很多實驗室採用Li3PO4作塗樣物質，也得到比較理想的測定結果。圖87.27也表明採用Li3PO4塗樣時，記憶Li量與Li2B4O7塗樣時相似，測量條件控製得好，可望獲得更高的測定精度，不妨採用之。LiF可能是最不合適作為鋰同位素測定時的塗樣物質，採用LiF作塗樣物質，測定精度最低，而記憶效應最強。
圖87.27 採用不同塗樣物質時7Li/6Li比值隨電離溫度的變化
表87.27 採用不同鋰化合物塗樣時對NBSL-SVECLi2CO3鋰測定的鋰同位素比值和記憶量
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本節編寫人: 肖應凱 (中國科學院青海鹽湖研究所) 。
去離子水設備，是離來子交換系統自。離子交換系統是通過陰、陽離子交換樹脂對水中的各種陰、陽離子進行置換的一種傳統水處理工藝，陰、陽離子交換樹脂按不同比例進行搭配可組成離子交換陽床系統，離子交換陰床系統及離子交換混床系統，而混床系統又通常是用在反滲透等水處理工藝之後用來製取超純水，高純水的終端工藝，它是用來制備超純水、高純水不可替代的手段之一。
去離子水設備主要用途
1、化妝品行業：護膚品、洗發水、染發劑、牙膏、洗手液生產用水
2、電子工業：鋁箔清洗、電子管噴塗配液、顯相管玻殼清洗、沉澱、濕潤、洗膜、管頸清洗、液晶屏屏面清洗和配液、晶體管和集成電路的矽片清洗用水、配製水
3、電池行業：蓄電池、鋰電池、太陽能電池生產用水
4、混凝土外加劑配製用水
5、玻璃鍍膜、玻璃製品清洗及燈具清洗用水
6、紡織印染工業：印染助劑配製、濕巾及面膜生產用水
7、超聲波清洗用水
8、塗裝行業：塗料配製、電鍍配製清洗、電泳漆配製清洗用水
8. 求教：硅酸鋰的制備工藝
因為碳酸鋰和石英砂熔融而製成的矽酸鋰玻璃，在水中不溶解。因此，常規的可溶性矽酸鹽製造方法不能製得矽酸鋰水溶液，必須尋求其它製造方法。
文獻報導的製造方法雖然不少，但都存在一些缺點或不足之處。如採用較多的矽溶膠法，原料成本太高;矽膠法，雖可使用便宜原料，但要求高溫高壓設備;矽粉法;原料也不便宜，而且成品外觀和反應收率都有問題;離子交換法可以用各種可溶性鋰鹽，但樹脂床在我國投資費用較高，而且處理樹脂後的廢酸、廢水量大，從生產成本和環境保護考慮似乎也不宜選用。在較多的方法中，目前認為較好的方法是活性矽酸--氫氧化鋰法。以下介紹該法。
活性矽酸--氫氧化鋰法是利用將水玻璃溶液按陽離子交換法製得的具有一定濃度的活性矽酸溶液與氫氧化鋰粉末或水溶液反應而製成。可以得到具有透明性、長期貯存穩定性以及粘結力優良的矽酸鋰水溶液。
(1)原料的預制備及其要求
活性矽酸水溶液，就是使矽酸鈉或矽酸鉀水溶液通過陽離子交換樹脂床層經離子交換後而生成。該水溶液中的二氧化矽的粒徑在5毫微米以下，二氧化矽含量1~7重量份，SiO2/M2O(M表示鉀或鈉)摩爾比300~2000。根據需要，如果再同陰離子交換劑接觸，則可以提供製備矽酸鋰水溶液的更好的原料。
這種活性矽酸水溶液，常溫放置，二氧化矽的粒徑要逐漸增大，使溶液增粘，以至膠化。因此，制備矽酸鋰水溶液時，必須在活性矽酸生成後尚未增粘和膠化之前，最好二氧化矽粒徑還在1~2毫微米之間時，立即同氫氧化鋰反應。如果二氧化矽粒徑達到5毫微米以上，同氫氧化鋰反應就要引起膠化，不僅需要長時間的解膠，而且不能製成透明的矽酸鋰水溶液。還須指出，SiO2的濃度如果不足1%(重量)，同氫氧化鋰反應，顯然得到的矽酸鋰水溶液中的SiO2的濃度不夠，濃縮時將須除去大量的水;如果超過7%，製得的活性二氧化矽水溶液即使立即同氫氧化鋰反應，在反應前的瞬間，也會顯著增粘或膠化，從而不能在短時間內製造出透明的矽酸鋰水溶液。因此，二氧化矽的濃度最好在2~5%(重量)之間。
氫氧化鋰使用粉末狀、粒狀、塊狀或水溶液均可，但最好是粉末狀或水溶液狀氫氧化鋰。也可以使用以乙醇、乙二醇、丙酮、胺、季胺的氫氧化物等置換部分水溶液而得到的氫氧化鋰溶液。(2)制備及其操作條件將上述製得的活性矽酸水溶液和氫氧化鋰粉末(或水溶液)按一定的配比，在0~80 ℃(接近常溫即可)且攪拌下混合反應10分鍾~2小時，即可得到透明而穩定的矽酸鋰水溶液。其中原料配比是:活性矽酸水溶液和氫氧化鋰粉末(或水溶液)最好是按SiO2:Li2O的摩爾比為2.5~10之間。摩爾比低於2.2，反應時易生成化學組成為Li2O·2SiO2或2Li2O·SiO2的白色沉澱，不能保持水溶液穩定地進行反應;摩爾比大於10，反應得到的矽酸鋰水溶液在高溫下的長期穩定性低，實際使用效果不好。兩種原料的混合方法，採用在攪拌下於活性矽酸水溶液中添加氫氧化鋰;或於氫氧化鋰中添加活性矽酸水溶液，或將兩者同時加入的方法均可然後，將製得的稀矽酸鋰水溶液，在常壓或減壓下於25~90 ℃蒸發濃縮，即可得到SiO2含量35%(重量)以下(通常10~25%)具有實用濃度的矽酸鋰水溶液。這樣的產品，分散於其中的二氧化矽粒子微細，不僅具有真溶液的性質，而且長期貯存穩定性好。
9. 下列離子在強酸性陽離子交換樹脂的交換次序
由於你提供的離子交換排代次序沒有說明在什麼樣的介質情況下，尤其是放射性的離子選擇性會在不同介質下更為敏感，所以我只能回答您常規水處理的一般應用數據，具體分析回答如下：
離子交換樹脂對水中各種離子的交換能力是不同的，即有些離子易被離子交換樹脂吸著，但吸著後要把它解吸下來就比較困難；反之，有些離子則難被離子交換樹脂吸著，但易被解吸，這種性能稱為離子交換樹脂的選擇性。這種選擇性影響到離子交換樹脂的交換和再生過程。
它有兩個規律：
（1）離子帶的電荷越多，越易被離子交換樹脂吸著，例如兩價離子比一價離子易被吸著；
（2）對於帶有相同電荷量的離子，則原子序數大的元素，形成離子的水合半徑小，較易被吸著。
對於陽離子交換樹脂來說，它對水中各種常見離子的選擇性次序為：
Fe3+ ＞Al3+ ＞Ca2+ ＞Mg2+ ＞K+ ≈NH4+ ＞Na+ ＞Li+
這個次序只適合於在含鹽量不很高的水溶液中。在濃溶液中，離子間的干擾較大，且水合半徑的大小順序和上述的次序也有些差別，其結果是使得在濃溶液中各離子間的選擇性差別較小。
離子交換樹脂的選擇性除了和被吸著離子的本質有關外，還與離子交換樹脂的結構，特別是與其活性基團有關。例如含磺酸基（-SO3-）的強酸性陽離子交換樹脂對H+的吸著能力並不很強，在選擇性次序中H+居於Na+和Li+之間，即：
Fe3+ ＞Al3+ ＞Ca2+ ＞Mg2+ ＞K+ ≈NH4+ ＞Na+ ＞H+ ＞Li+；
而含有羧酸基（-COO-）的弱酸性陽離子交換樹脂，對H+有特別強的吸著能力，H+的選擇性甚至比Fe3+還強，即：
H+ ＞Fe3+ ＞Al3+ ＞Ca2+ ＞Mg2+ ＞K+ ≈NH4+ ＞Na+ ＞Li+。
10. 離子交換樹脂經各種處理變為改性離子交換樹脂的原理是什麼
你說的是陽離子交換樹脂吧，基本原理是陽樹脂的苯環鄰對位上帶有一個磺酸基—SO3-H+
如版H型陽離子交換權樹脂遇到含有Ca2+、Na+的水時，發生如下反應：
2RH + Mg2+➡️R2Mg+ 2H+
RH + Li+ ➡️RLi + H+
這樣就完成了樹脂的改性。