WCPS: High Accuracy Standard Addition ICP-MS Analysis of Elemental Impurities in Electrolyte Used for Lithium-Ion Batteries

Význam tématu

Rostoucí poptávka po lithium-iontových bateriích (LIB) pro elektroniku a elektromobily klade stále přísnější požadavky na čistotu surovin. Přítomnost stopových kovových nečistot v elektrolytech může ovlivnit výkon, životnost i bezpečnost baterií. Kvantifikace elementálních nečistot v solích LiPF6, LiBF4, LiClO4 a LiFSI na úrovni sub-µg/kg proto vyžaduje vysoce citlivou a selektivní metodu s kontrolou ionizačního potlačení způsobeného vysokou koncentrací lithia.

Cíle a přehled studie

Studie navrhuje standard addition metodu pomocí jednočtvercového ICP-MS (Agilent 7900) pro simultánní stanovení 68 prvků v elektrolytických solech. Cílem bylo dosáhnout vysoké přesnosti, nízkých detekčních limitů a dostatečné robustnosti pro rutinní analýzu vysoce solných vzorků bateriových elektrolytů.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky bateriových solí byly rozpuštěny v ultrapure vodě (10× ředění), ultrazvukově homogenizovány a dále naředěny 2% HNO3 (celkem 20×). Pro kalibraci byly připraveny standard addition série ve 9 úrovních spike koncentrací (0,05–500 µg/kg).

• ICP-MS: Agilent 7900 s inertním PFA vstupním systémem
• Neulizátor: PFA inertní
• Vstupní kuželky: Pt-potiahnuté sampling a skimmer
• Buňka ORS4: režimy He, vylepšený HE He a H2 pro potlačení polatomických interferencí

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosáhla lineárních kalibrací (R² ≥ 0,999) pro všechny analyty. Detekční limity v původním vzorku byly u většiny prvků sub-µg/kg. Spike recovery se pohybovaly mezi 80–120 % (RSD < 12 %) kromě prvků jako B, Si, P, S, kde matice nebo vysoký základní obsah omezil kvantifikaci. Dlouhodobá stabilita metody (6h běh) prokázala udržitelné recovery ±15 % a minimální depozici na plazmovém rozhraní, snadno odstranitelné ultrazvukovým čištěním v citrátové kyselině.

Přínosy a praktické využití metody

Navržená standard addition ICP-MS metoda eliminuje ionizační potlačení lithiem, minimalizuje potřebu interních standardů a umožňuje spolehlivé rutinní sledování stopových prvků v elektrolytech. Postup je vhodný pro výrobce elektrolytů i kvalitu materiálů v průmyslových laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Pro ještě nižší detekční limity a komplexnější kontrolu interferencí lze metodu rozšířit na triple-quadrupole ICP-MS (Agilent 8900). Dále se očekává rozvoj automatizovaných ultraclean přípravných postupů a online monitoringu kvality elektrolytů během výrobního procesu.

Závěr

Vyvinutá standard addition ICP-MS metoda na Agilent 7900 poskytuje vysokou přesnost, citlivost a robustnost pro analýzu 68 prvků v lithných solích LIB elektrolytů. Metoda splňuje požadavky na nízké stopové úrovně a odolnost proti matričním efektům, což ji řadí k ideálním nástrojům pro rutinní kontrolu kvality a výzkum v oblasti bateriových materiálů.

Reference

1. Zou A., Li S., Ang C.H., McCurdy E., Accurate ICP-MS Analysis of Elemental Impurities in Electrolyte Used for Lithium-Ion Batteries, Agilent publication 5994-5363EN, 2023.
2. ISO/WD 10655, Determination of metal ions in LiPF6 by ICP-OES, 2022.
3. Proper W., McCurdy E., Takahashi J., Performance of Agilent 7900 ICP-MS with ORS4 for high salt matrix, publication 5991-4257EN.
4. Agilent application notes: Enhanced Helium Collision Mode (5994-1171EN), Plasma Robustness and Matrix Tolerance (5994-1173EN).