Agilent Solutions for Lithium-Ion Battery Industry

Význam tématu

Vývoj a výroba lithium-iontových baterií hrají klíčovou roli v elektronice, elektromobilitě a stacionárních úložištích energie. S rostoucím objemem produkce a přísnými požadavky na bezpečnost, životnost a energetickou hustotu je nezbytné provádět precizní analýzu surovin a meziproduktů v celém výrobním řetězci. Diagnostika materiálů pomáhá optimalizovat výkon baterií, předcházet poruchám a zrychlit výzkum nových generací článků.

Cíle a přehled studie / článku

Whitepaper představuje ucelený přehled analytických řešení Agilent Technologies pro kontrolu kvality a výzkum lithio-iontových baterií. Cílem je ukázat portfolio instrumentace i metod připravených na různé výzvy – od stanovení makroprvků v katodě a anódě, přes analýzu elektrolytu a plynů při degradaci článků, až po identifikaci neznámých organických i anorganických složek.

Použitá metodika a instrumentace

Pro různé typy vzorků a analytické úlohy Agilent využívá následující platformy:

• Atomová spektrometrie: AA, ICP-OES (modely 5800/5900 s vertikálním plamenem, VistaChip III, FBC, IntelliQuant), ICP-MS (7800, 7900 s HMI/UHMI pro TDS až 25 %).
• Molekulární spektroskopie: UV-Vis (Cary 60 s pulzním xenonem), FTIR (Cary 630 s odolností vůči vlhkosti), pro ověření identity elektrolytu.
• Chromatografie a hmotnostní spektrometrie: Micro GC (model 990 pro analýzu plynů při nafukování článků), GC-FID a GC/MS (8890 GC, Intuvo 9000/5977B MS s MassHunter pro sledování aditiv a organických složek), GC/Q-TOF (7250) a LC/Q-TOF (6545) pro identifikaci neznámých látek.

Hlavní výsledky a diskuse

Analytické metody prokázaly:

• ICP-OES: přesné stanovení Co, Ni, Mn, Li v ternárních katodách s přesností lepší než ±2 % a stopových nečistot s přesnými korekcemi pozadí.
• ICP-MS: díky UHMI lze přímo měřit vzorky s 0,5–1 % TDS, dosaženy recoveries 87–114 % pro řadu kovů ve vzorcích LFP, NCM, NCA.
• UV-Vis/FTIR: rychlá detekce aniontů (SO₄²⁻, Cl⁻, SiO₂) a ověření výroby LiPF₆ podle standardů GB/T.
• Micro GC: stanovení složení plynů při degradaci článků (H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, N₂, O₂ aj.) s výsledky v řádu minut a koncentrační přesností ~1 %.
• GC/MS: kvantifikace desítky rozpouštědel a aditiv (EC, DMC, DEC, EMC, FEC, VC aj.) s iontovým monitorováním a dekonvolučním softwarem pro identifikaci i nízkokoncentrovaných složek.
• Q-TOF: neznámé meziprodukty v cyklu elektrolytu detekovány a struktury navrženy pomocí MassHunter MSC a MFE, statistické vyhodnocení dat v MPP.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace popsaných metod přináší:

• Komplexní kontrolu kvality surovin (anoda, katoda, elektrolyt, separátor) i finálních článků.
• Snížení počtu reklamací a zlepšení bezpečnosti výrobků díky včasné detekci nečistot a poruchových procesů.
• Zrychlení vývoje nových bateriových materiálů a formulací s cílem vyšší energie, delší životnosti a nižší ceny.
• Možnost recyklace článků s přesnou bilancí kovů při zpětném získávání cenných prvků (Ni, Co, Mn, Li).

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování analytiky lithio-iontových baterií bude ovlivněno:

• Automatizací a robotizací přípravných procesů pro vysokopropustné laboratoře.
• Inline a on-line monitorováním parametrů ve výrobě i během provozu článků.
• Miniaturizací přístrojů (mikroGC, kapilární a benchtop MS) pro terénní a servisní analýzy.
• Integrací umělé inteligence a pokročilých softwarových nástrojů pro prediktivní údržbu a optimalizaci receptur.

Závěr

Agilent nabízí široké portfolio metod a přístrojů, které adresují klíčové analytické potřeby v celém řetězci výroby a výzkumu lithio-iontových baterií. Robustní spektrometry, chromatografy a pokročilé softwarové moduly zajišťují spolehlivou kontrolu kvality surovin i finálních produktů a podporují rychlý vývoj bezpečnějších a výkonnějších bateriových technologií.

Reference

• GB/T 20252-2014, GB/T 24533-2019, GB/T 30835-2014, GB/T 30836-2014, GB/T 26008-2020, IEC 62321.
• Agilent Technologies: 5991-9282EN, May 2020.