Determination of Elemental Impurities in Silicon-Carbon Anode Materials for Lithium-Ion Batteries by ICP-OES
Aplikace | 2023 | Agilent TechnologiesInstrumentace
Globální růst trhu s lithium-iontovými bateriemi zvyšuje poptávku po vysoce výkonných anodových materiálech. Tradiční grafit má omezenou specifickou kapacitu, což vedlo k rozvoji kompozitů křemík–uhlík. Kvalita těchto materiálů je klíčová pro výkon a životnost baterií, proto je nezbytná přesná analýza stopových prvků.
Cílem studie bylo vyvinout robustní metodu ICP-OES pro stanovení 25 prvků ve vzorcích grafitu a materiálu křemík–uhlík v souladu s čínskými standardy GB/T 24533-2019 a GB/T 38823-2020. Metoda byla ověřena pomocí kalibrace, detekčních limitů, testů recovery a dlouhodobé stability.
Vzorky (grafit 99,99 %, křemík 99 % a směs křemík–uhlík 9 : 1) byly digesovány v aqua regia při 200 °C po dobu 30 min v mikrovlnném systému Mars 6. Po doplnění na objem 50 mL a 10× ředění byly roztoky filtrovány a před analýzou přidány interní standardy. Kalibrace zahrnovala koncentrace 0–0,2 a 0–2 mg/L, spiking vzorků v rozsahu 0,025–0,1 mg/L.
Agilent 5800 Vertical Dual View ICP-OES s vertikální plazmou, SSRF (27 MHz), Cooled Cone Interface; SeaSpray skleněný koncentrační nebulizér; dvojitá cyklonická sprchovací komora; Easy-fit fully demountable torch (1,8 mm); Vista Chip III CCD detektor; SPS 4 autosampler; software Agilent ICP Expert; Mars 6 mikrovlnný digesční systém.
Metoda poskytla vynikající linearitu (R≈0,999) a LOD 0,002–0,1 mg/kg. Recovery 90–110 % potvrdily účinnost digesce a přesnost analýzy. Vysoká čistota grafitu vykázala nízké hladiny prvků (<1 mg/kg), vzorek křemíku obsahoval >3000 mg/kg Al a Fe, směs křemík–uhlík měla odpovídajícím způsobem snížené koncentrace kovů. Dlouhodobá stabilita (7,5 h) s RSD <5 % pro většinu prvků potvrdila spolehlivost měření.
Rychlá a spolehlivá QC analýza anodových materiálů pro výrobu a výzkum lithium-iontových baterií. Metoda splňuje průmyslové standardy a umožňuje kontrolu kontaminantů ovlivňujících výkon a životnost baterií.
Další rozvoj může zahrnovat rozšíření spektra analyzovaných prvků, integraci s ICP-MS pro nižší detekční limity, inline analýzu během výroby a aplikaci metody na nové materiály s vysokou kapacitou.
Agilent 5800 VDV ICP-OES prokázal vysokou přesnost, citlivost a stabilitu pro stanovení stopových prvků ve vzorcích grafitu a křemík–uhlík. Metoda je vhodná pro QC proces ve výrobě a výzkumu anodových materiálů LIB.
ICP-OES
ZaměřeníPrůmysl a chemie, Materiálová analýza
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Globální růst trhu s lithium-iontovými bateriemi zvyšuje poptávku po vysoce výkonných anodových materiálech. Tradiční grafit má omezenou specifickou kapacitu, což vedlo k rozvoji kompozitů křemík–uhlík. Kvalita těchto materiálů je klíčová pro výkon a životnost baterií, proto je nezbytná přesná analýza stopových prvků.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout robustní metodu ICP-OES pro stanovení 25 prvků ve vzorcích grafitu a materiálu křemík–uhlík v souladu s čínskými standardy GB/T 24533-2019 a GB/T 38823-2020. Metoda byla ověřena pomocí kalibrace, detekčních limitů, testů recovery a dlouhodobé stability.
Použitá metodika
Vzorky (grafit 99,99 %, křemík 99 % a směs křemík–uhlík 9 : 1) byly digesovány v aqua regia při 200 °C po dobu 30 min v mikrovlnném systému Mars 6. Po doplnění na objem 50 mL a 10× ředění byly roztoky filtrovány a před analýzou přidány interní standardy. Kalibrace zahrnovala koncentrace 0–0,2 a 0–2 mg/L, spiking vzorků v rozsahu 0,025–0,1 mg/L.
Použitá instrumentace
Agilent 5800 Vertical Dual View ICP-OES s vertikální plazmou, SSRF (27 MHz), Cooled Cone Interface; SeaSpray skleněný koncentrační nebulizér; dvojitá cyklonická sprchovací komora; Easy-fit fully demountable torch (1,8 mm); Vista Chip III CCD detektor; SPS 4 autosampler; software Agilent ICP Expert; Mars 6 mikrovlnný digesční systém.
Hlavní výsledky a diskuse
Metoda poskytla vynikající linearitu (R≈0,999) a LOD 0,002–0,1 mg/kg. Recovery 90–110 % potvrdily účinnost digesce a přesnost analýzy. Vysoká čistota grafitu vykázala nízké hladiny prvků (<1 mg/kg), vzorek křemíku obsahoval >3000 mg/kg Al a Fe, směs křemík–uhlík měla odpovídajícím způsobem snížené koncentrace kovů. Dlouhodobá stabilita (7,5 h) s RSD <5 % pro většinu prvků potvrdila spolehlivost měření.
Přínosy a praktické využití metody
Rychlá a spolehlivá QC analýza anodových materiálů pro výrobu a výzkum lithium-iontových baterií. Metoda splňuje průmyslové standardy a umožňuje kontrolu kontaminantů ovlivňujících výkon a životnost baterií.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj může zahrnovat rozšíření spektra analyzovaných prvků, integraci s ICP-MS pro nižší detekční limity, inline analýzu během výroby a aplikaci metody na nové materiály s vysokou kapacitou.
Závěr
Agilent 5800 VDV ICP-OES prokázal vysokou přesnost, citlivost a stabilitu pro stanovení stopových prvků ve vzorcích grafitu a křemík–uhlík. Metoda je vhodná pro QC proces ve výrobě a výzkumu anodových materiálů LIB.
Reference
- Markets and Markets. Lithium-ion battery market – Global Forecast to 2031. 2022.
- Nzereogu P.U. et al. Anode materials for lithium-ion batteries: A review. Appl Surface Sci Adv, 9, 100233, 2022.
- Cheng H. et al. Recent progress of advanced anode materials of lithium-ion batteries. J Energy Chem, 57, 451–468, 2021.
- Li X. et al. Research progress of silicon/carbon anode materials for lithium-ion batteries. Chem Electro Chem, 7, 4289–4302, 2020.
- Group14 Technologies. Group14 & REC Silicon Plan U.S. Factory to Meet Demand for the ‘Electrification of Everything’. 2020.
- Group14 Technologies. White paper: Lithium-silicon batteries at global scale. 2022.
- GB/T 24533-2019. Graphite negative electrode materials for lithium ion battery. National Standard, China, 2019.
- GB/T 38823-2020. Silicon-carbon. National Standard, China, 2020.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Robust Elemental Analysis of Sodium-Ion Battery Cathode Materials Using ICP-OES
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Energy and Materials Robust Elemental Analysis of Sodium-Ion Battery Cathode Materials Using ICP-OES Quality control of impurities in Prussian blue, sodium iron phosphate, and sodium manganese oxide by Agilent 5800 ICP-OES Authors Daniel Clayton-Cuch, Neli Drvodelic Agilent Technologies,…
Klíčová slova
mdl, mdlfitted, fittedcathode, cathodeelements, elementssib, sibintelliquant, intelliquantfact, factcorrection, correctionfbc, fbcbattery, batterybackground, backgroundmaterials, materialsspike, spikespiked, spikedsodium
Determination of Metals in Recycled Li-ion Battery Samples by ICP-OES
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Energy and Chemicals Determination of Metals in Recycled Li-ion Battery Samples by ICP-OES Quantifying 18 metals in “black mass” battery materials using the Agilent 5800 ICP-OES Author Introduction Shuping Li Lithium-ion batteries (LIBs) have been the power source…
Klíčová slova
fitted, fittedaxial, axialblack, blackradial, radialelements, elementsspike, spikelib, libfbc, fbcbattery, batterybackground, backgroundcorrection, correctionwaste, wastemeasured, measuredrecycling, recyclingsamples
Determination of Elemental Impurities in Lithium Hydroxide Using ICP-OES
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Energy and Chemicals Determination of Elemental Impurities in Lithium Hydroxide Using ICP-OES Quality assurance of lithium-ion battery precursor chemicals by Agilent 5800 VDV ICP-OES Authors Introduction Ying Qi and Neli Drvodelic Driven by demand from high tech industries…
Klíčová slova
axial, axialfitted, fittedavs, avsintelliquant, intelliquantoes, oesicp, icplioh, liohemf, emflod, lodfbc, fbcsample, samplemaintenance, maintenancefact, factvalve, valvewavelength
Determination of Elemental Impurities in Graphite-based Anodes using the Agilent 5110 ICP-OES
2019|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Material testing and research Determination of Elemental Impurities in Graphite-based Anodes using the Agilent 5110 ICP-OES Accurate determination for lithium battery anodes Authors Ni Yingping, Feng Wenkun Agilent Technologies (China) Co., Ltd. Introduction As one of the four…
Klíčová slova
anode, anodegraphite, graphiteelement, elementwavelength, wavelengthanodes, anodesoes, oesmdl, mdlrpm, rpmpump, pumpmaterial, materialmeasured, measuredicp, icpbased, basedplasma, plasmauptake