Accurate ICP-MS Analysis of Elemental Impurities in Electrolyte Used for Lithium-Ion Batteries

Význam tématu

Analýza stopových prvků v elektrolytech pro lithium-iontové baterie je zásadní pro zajištění vysoké kvality a spolehlivosti článků, protože kontaminanty ovlivňují kapacitu, životnost a bezpečnost baterií.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a ověřit kvantitativní postup ICP-MS pro stanovení 68 prvků v běžných elektrolytických solech LiPF6, LiBF4, LiClO4 a LiFSI pomocí kalibrace metodou standard addition, která eliminuje chyby způsobené potlačením signálu v matrici.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky soli byly rozpuštěny ve vodě s 2 % HNO3 a celkově 20× ředěny, čímž vznikly 5% TDS roztoky. Standard addition kalibrace zahrnovala až devět úrovní přídavků.

• ICP-MS Agilent 7900 s HF odolným PFA systémem zavádění vzorku (spray chamber, PFA/nebulizér) a Pt-kuřovitými kužely.
• Čtyřgenerace ORS4 buňka s režimy bez plynu, He-KED, zvýšeným HEHe a H2 pro efektivní potlačení polyatomových interferencí.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje lineárních kalibrací (R2 ≥ 0,999) a detekčních mezí v pevných solech pod μg/kg pro většinu analyzovaných prvků. Obnovení přídavků se pohybovalo mezi 80–120 % (RSD < 12 %). Dlouhodobá sedmihodinová stabilita byla ověřena pravidelnou kontrolou QC vzorků s odchylkami do ±15 %. Povrch Pt-kuželů vykazoval minimální usazeniny a snadno se očistil v citrátovém roztoku.

Přínosy a praktické využití metody

Navržený postup nabízí vysokou citlivost a selektivitu pro rutinní kontrolu elektrolytů a surovin v bateriovém průmyslu. Standard addition eliminuje potřebu interních standardů a snižuje riziko matričních chyb. Odolná PFA a Pt komponenta zlepšují provozní spolehlivost.

Budoucí trendy a možnosti využití

Pro ještě nižší detekční meze a náročnější matice lze využít triple-QqQ ICP-MS. Dále se očekává rozšíření aplikace na pevné elektrolyty budoucích generací a automatizace přípravy vzorků pro zrychlení analýzy.

Závěr

Standard addition ICP-MS na Agilent 7900 představuje účinnou metodu pro přesné stanovení 68 prvků ve vysokomatricových Li-solech, poskytující spolehlivou kontrolu kvality elektrolytů a dlouhodobou stabilitu analýz.

Reference

1. The Development and Future of Lithium Ion Batteries, J Electrochem Soc, 164, 2017, A5019-A5025
2. Armand M., Tarascon J.M., Building better batteries, Nature, 451, 2008, 652–657
3. Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd., 2016
4. ISO/WD 10655 Methods for analysis of lithium hexafluorophosphate — ICP-OES, draft standard
5. Enhanced Helium Collision Mode with Agilent ORS4 Cell, Agilent pub. 5994-1171EN
6. Performance of the Agilent 7900 ICP-MS for high salt matrix analysis, Agilent 5991-4257EN
7. Determination of trace elements in steel using Agilent 7900 ICP-MS, Agilent 5991-6116EN