Quick and Easy Material Identification of Solvents Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR

Význam tématu

Elektrolyt je klíčovou složkou lithium-iontových baterií, protože umožňuje transport iontů mezi anodou a katodou a ovlivňuje výkon, životnost, nabíjecí vlastnosti i bezpečnost baterií. Rychlá a spolehlivá identifikace surovin pro výrobu elektrolytů je zásadní pro zajištění kontroly kvality (QA/QC) ve výrobních i výzkumných procesech.

Cíle a přehled studie

Studie měla za cíl ověřit možnost rychlé identifikace běžných elektrolytových rozpouštědel (EC, DMC, EMC, EA) pomocí kompaktního FTIR spektrometru Agilent Cary 630 s ATR modulem. K tomu byla v softwaru MicroLab vytvořena referenční spektrální knihovna a vyvinuta metoda pro potvrzení identity čtyř neznámých vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro experiment byla využita následující instrumentace a parametry:

• Spektrometr Agilent Cary 630 FTIR s diamantovým ATR modulem
• Software Agilent MicroLab pro řízení přístroje, tvorbu a správu knihovny, algoritmus Similarity
• Sběr spekter v rozsahu 4 000–650 cm−1, spektrální rozlišení 2 cm−1
• 10 skenů pozadí, 24 skenů vzorku, apodizační funkce HappGenzel, fázová korekce Mertz
• Čistění ATR krystalu pomocí ethanolu mezi jednotlivými měřeními

Hlavní výsledky a diskuse

Metodu bylo testováno na čtyřech neznámých vzorcích rozpouštědel. Pomocí knihovny a algoritmu Similarity byly výsledky následující:

• Vzorek 1: Ethyl methyl carbonate (EMC), HQI 0,9939 (vysoká důvěra)
• Vzorek 2: Ethyl methyl carbonate (EMC), HQI 0,9453 (střední důvěra, oranžové zvýraznění)
• Vzorek 3: Dimethyl carbonate (DMC), HQI 0,9782
• Vzorek 4: Ethyl acetate (EA), HQI 0,9968

Hodnota HQI umožňuje automatické barevné kódování výsledků pro rychlou orientaci a rozhodování. Jeden vzorek s HQI pod 0,95 indikoval potřebu dalšího ověření kvality.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší následující výhody:

• Nedestruktivní analýza bez přípravy vzorku a s minimální spotřebou materiálu
• Rychlé výsledky vhodné pro rutinní QA/QC v průmyslu i výzkumu
• Přenosné provedení přístroje a intuitivní software snižují nároky na školení
• Jednoduchá správa spektrálních knihoven a nastavitelné prahové hodnoty kvality identifikace

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry rozvoje a širší aplikace zahrnují:

• Rozšíření spektrálních knihoven o přísady a nové typy elektrolytů
• Integrace s laboratořskými informačními systémy (LIMS) a automatizované pracovní postupy
• Využití chemometrických metod pro kvantitativní analýzu složek elektrolytu
• Online či inline monitorování výrobních procesů baterií
• Adaptace metody pro nové generace bateriových materiálů a technologií

Závěr

Agilent Cary 630 FTIR s ATR modulem a software MicroLab představují efektivní a uživatelsky přívětivý nástroj pro rychlou identifikaci rozpouštědel v LIB elektrolytech. Metoda umožňuje spolehlivou kontrolu kvality surovin a podporuje výzkum a vývoj v oblasti bateriových technologií.

Reference

1. Xing J. et al. A Review of Nonaqueous Electrolytes, Binders, and Separators for Lithium-Ion Batteries. Electrochem. Energy Rev. 2022, 5, 14.
2. Zhang J. et al. Ethers Illume Sodium-Based Battery Chemistry: Uniqueness, Surprise, and Challenges. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801361.
3. Zonouz A.F.; Mosallanejad B. Use of Ethyl Acetate for Improving Low-Temperature Performance of Lithium-Ion Battery. Monatsh Chem. 2019, 150, 1041–1047.