How XRF compares to ICP for battery elemental analysis

經過 Umesh Tiwari, Friday, 10th January 2025

電池對於能源過渡至關重要，但這意味著提高生產速度的壓力極大。為了確保質量一致，製造商使用元素分析來監測鎳、錳和鈷（NMC）等材料在原料或生產過程中的存在。

然而，如何使這種分析跟上產業增長所需的提高輸出？在許多行業中，元素分析主要有兩個選擇：感應耦合等離子體（ICP）光譜或 X 射線熒光（XRF）。繼續閱讀以了解 ICP 在高通量環境中的限制以及 XRF 為何是一個強大的替代方案。

XRF（X射線熒光）：
- XRF 是一種非破壞性技術，可確定固體、液體或粉末樣品的元素組成。
- 不需要頻繁校準，操作和維護簡單。
- 由於其速度、簡單性以及分析多種元素和濃度的能力，XRF 對於電池生產的在線質量控制特別有效，並且樣品準備非常少。

ICP（感應耦合等離子體光譜）：
- ICP 是一種破壞性元素分析技術，需要將樣品溶解於酸中才能進行分析。
- 需要非常頻繁的校準和氣體（如 Ar）的流動。
- 因具備高靈敏度和精度而聞名，ICP 對微量元素效果很好。但由於樣品溶解所需的長時間以及專業操作員處理腐蝕性酸時的謹慎，使其不適合在線質量控制。

對於電池元素組成分析，ICP 和 XRF 的關鍵差異在於它們各自的樣品準備要求。這就是XRF的緊密反饋循環和簡便操作相比於ICP的較長反饋循環和需要專業操作員之間的區別。

仔細研究這兩種技術，我們可以在三個主要方面發現進一步的差異：儀器校準、分析速度和自動化以及成本效益。

XRF 基本上是一種對比技術。這意味著需要校準標準，因為儀器是將樣品“比對”這些標準來追蹤元素並準確解釋未知樣品。通常偏好大範圍校準，因其允許在不同類型樣品中進行準確分析，這對於電池陰極製造至關重要。

我們使用認證參考材料 (CRM) 作為校準標準。然而，市面上僅有一種商業 CRM 用於 NMC。這就是為何我們在位於英國的通過 ISO 認可的設施中開發了一套合成參考材料校準工具的原因。XRF的一個好處是，一旦使用這些標準對儀器進行校準，校準可以穩定數月甚至數年，所需的漂移修正極少！

相較之下，ICP 通常需要較窄的校準範圍以提高特定濃度水平的準確性。ICP 還建議定期，通常是每週重新校準和漂移修正，使得在高通量環境中特別費力。

由於使用危險化學品如硫酸和氫氟酸，ICP 需要廣泛且小心的樣品準備。因此，ICP 儀器通常僅限於實驗室中的脫機分析。儘管其精度出色，但 ICP 因此不如 XRF 適合生產環境中的現場分析。

實際上，XRF 儀器在電池生產和回收的現場分析中非常出色。例如，Epsilon 4的桌上型設計和堅固設計意味著它可以輕鬆安裝在生產線附近，操作員能快速、簡單地分析樣品，且樣品準備非常少。

對於更高精度的應用，可以通過硼酸鋰熔融製成樣品的熔珠。「Eagon 2」自動熔融機可以在30分鐘內完成這樣的樣品準備，僅增加少量的分析時間，但大大提高其精確度。

我們使用 Zetium XRF 分析儀進行了帶熔珠的 XRF 實驗。閱讀下面的應用說明以了解更多信息。

對於液體過程來說，XRF 可以藉由Epsilon Xflow整合到生產線中。因此操作人員能夠即時獲取其過程參數影響的數據，有助於透過數據驅動的決策減少浪費和提高輸出質量。

XRF 校準的簡單性和穩定性使其成為一種具有成本效益的選擇：不需要經常維護，而儀器的每周運行時間比 ICP 更長。其中 XRF 的最大成本優勢在於其無風險的易用性。投資 ICP 儀器還意味著需要雇用 ICP 專家來進行樣品製備；而投資 XRF 儀器則不需要。因此，XRF 儀器的運營成本要低得多。

XRF 因此成為快速節奏的電池製造業中更具多樣性、經濟性和生產性的技術。

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