ICPMS
Další informace
WebinářeO násKontaktujte násPodmínky užití
LabRulez s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Obsah dostupný pod licencí CC BY-SA 4.0 Uveďte původ-Zachovejte licenci.

Analysis of Elemental Impurities in Lithium-Ion Battery Electrolyte Solvents by ICP-MS

Aplikace | 2023 | Agilent TechnologiesInstrumentace
ICP/MS
Zaměření
Průmysl a chemie, Materiálová analýza
Výrobce
Agilent Technologies

Souhrn

Význam tématu


Analýza stopových kovových nečistot v elektrolytických rozpouštědlech lithiových iontových baterií je klíčová pro zajištění výkonu, bezpečnosti a dlouhé životnosti baterií. Přítomnost prvků jako Cr, Fe, Ni, Cu nebo Zn v koncentracích pod úrovní ppb může ovlivnit iontovou vodivost, urychlit degradaci elektrochemických reakcí a způsobovat neřízené vývody plynů či dendritické růsty lithia. Spolehlivé a citlivé metody detekce prvků na stopových úrovních jsou proto nezbytné pro vývoj a kontrolu kvality moderních bateriových materiálů.

Cíle a přehled studie


Cílem studie bylo vyvinout a validovat kvantitativní metodu přímé stanovení 21 prvků v běžných směsích elektrolytových rozpouštědel DMC/EMC a DMC/EC pomocí ICP-MS. Hlavním přístupem bylo využití standard addition kalibrací v nativní matici bezředěného vzorku pro dosažení nejnižších detekčních limitů a spolehlivosti výsledků. Navazující část práce představuje hodnocení linearity, detekčního limitu, zpětných zásahů a dlouhodobé stability vedení analýzy.

Použitá metodika


Vzorky elektrolytických směsí DMC/EMC (70/30 v/v) a DMC/EC (70/30 v/v) byly analyzovány přímo bezředěné. Kalibrace standard addition zahrnovala 9 bodů v rozsahu 1–500 ppb připravených v každé matici, přičemž nulový bod představoval nespikovaný vzorek. Detekční limity byly stanoveny z vícečetných opakování blanků. Po každé vzorku byl použit dvoustupňový proplach 100% DMC (170 s) k minimalizaci carry-over.

Použitá instrumentace


  • Agilent 7900 ICP-MS s organickým vstupním modulem (G3280-60580) a kit verzí pro vysoké tenze RF (27 MHz)
  • Quartzová hořáková trubice 1,5 mm ID, Platinum-tipped konusy a pátá linka pro O₂/Ar (20 % O₂)
  • ORS4 collision/reaction cell s He (KED) a režimy HEHe či H₂ pro potlačení polyatomových i isobarických interferencí
  • Agilent I-AS autosampler s MicroMist nebulizérem a samoaspi­račním odběrem
  • ICP-MS MassHunter software pro Custom Tune, QuickScan a IntelliQuant screening

Hlavní výsledky a diskuse


Detekční limity pro většinu analyzovaných prvků dosáhly sub-ppb úrovně v nativních organických matricích, což jasně překonává konvenční ICP-OES. Standard addition kalibrace vykázala výbornou linearitu (R² > 0,995) pro všech 21 prvků. Testy zpětných zásahů (25 ppb spike) ukázaly recovery v rozmezí 88–107 % s přesností < 8 % RSD (výjimkou bylo Zn v DMC/EC, kde vliv vyššího pozadí znemožnil spolehlivou spike analýzu). Šestiměsíční kontinuální provoz (6 h sekvence s QC kontrolou po 10 vzorcích) prokázal stabilitu výsledků v rozsahu 80–115 % recovery s RSD < 10 %.

QuickScan v režimu He collision a IntelliQuant screening poskytly v jediném 2 s průchodu spektra semikvantitativní údaje o nepřipravených anorganických i kovových prvcích, odhalující například vyšší obsah Zn, Br a Rh v EC nebo Pd, Cd a Sn v EMC.

Přínosy a praktické využití metody


  • Možnost přímé analýzy vysoce čistých organických elektrolytů bezředěných vzorků
  • Nízké detekční limity pro stopové kovy usnadňují kontrolu kvality výroby LIB
  • Standard addition v matici eliminuje maticové efekty a zjednodušuje přípravu vzorků
  • QuickScan a IntelliQuant umožňují rychlé screeningy neočekávaných kontaminantů
  • Dlouhodobá stabilita přístroje zaručuje rutinní provoz pro sériové analýzy

Budoucí trendy a možnosti využití


Očekává se rozšíření metodiky na stanovení dalších prvků a nežádoucích organických nečistot za využití tandemové ICP-QQQ pro eliminaci peak tail interference. Integrace s online procesní analýzou (PAT) a automatizovanými inspekcemi kvality by mohla výrazně zkrátit dobu vývoje nových materiálů. Kombinace ICP-MS s dalšími technikami (IC, GC-MS) otevře širší pohled na komplexní nečistoty v elektrolytech budoucích baterií.

Závěr


Vyvinutá metoda na Agilent 7900 ICP-MS umožňuje přímou, citlivou a přesnou kvantifikaci 21 kovových prvků v neředěných LIB elektrolytech DMC/EMC a DMC/EC. Vysoká stabilita, nízké detekční limity a možnost rychlého screeningového screenu ukazují, že přístrojové řešení je vhodné pro rutinní QA/QC, výzkum i vývoj nových bateriových systémů.

Reference


  1. Korthauer, R. Lithium-Ion Batteries: Basics and Applications, Springer, 2018.
  2. Blomgren, G. E. The Development and Future of Lithium Ion Batteries, J Electrochem Soc, 164, A5019, 2017.
  3. McCurdy, E. et al. Enhanced Analysis of Organic Solvents using the Agilent 7700 Series ICP-MS, Agilent 5990-9407EN.
  4. Liu, S. et al. Organic matrix effects in ICP-MS: A tutorial, Appl Spectrosc Rev, 2022, 461–489.
  5. Zou, A. et al. Direct Analysis of Elemental Impurities in LIB Solvents, Agilent 5994-6227EN.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Toggle
Multiplatform Approach for Lithium-Ion Battery Electrolyte Compositional Analysis
Application Note Advanced Materials Multiplatform Approach for Lithium-Ion Battery Electrolyte Compositional Analysis Decoding volatile, organic, and elemental composition of unknown electrolyte sample Authors Aimei Zou, Yu-Feng Zhang, and Olivier Chevallier Agilent Technologies, Inc. Abstract Electrolytes in lithium-ion batteries (LIBs) play…
Klíčová slova
electrolyte, electrolytecounts, countslithium, lithiumanalysis, analysisicp, icpgas, gashehe, hehecomponents, componentsdmc, dmcorganic, organicstatistical, statisticalunknown, unknownthree, threeelectrolytes, electrolytesreverse
Analysis of Elemental Impurities in Lithium-Ion Secondary Battery Electrolytes Using the ICPE- 9800 Series
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer ICPE™-9800 Series Application News Analysis of Elemental Impurities in Lithium-Ion Secondary Battery Electrolytes Using the ICPE9800 Series Kosuke Naka User Benefits  The ICPE-9800 Series allows for simultaneous multi-element analysis.  It is possible…
Klíčová slova
electrolytes, electrolyteslib, liblithium, lithiumhydrofluoric, hydrofluoricresistant, resistantspike, spikeunspiked, unspikedimpurities, impuritiesspiked, spikedtests, testselemental, elementalcalibration, calibrationrecovery, recoveryelements, elementselectrolyte
Agilent Solutions for Lithium-Ion Battery Industry
Agilent Solutions for Lithium-Ion Battery Industry
2020|Agilent Technologies|Brožury a specifikace
Agilent Solutions for Lithium-Ion Battery Industry Lithium-ion battery industry is thriving High voltage, high specific energy, long cycle life, environmental friendliness, good energy density and power density, are some advantages of lithium-ion batteries in providing the best overall performance for…
Klíčová slova
battery, batterylithium, lithiumelectrolyte, electrolyteion, ionbatteries, batteriesindustry, industrymaterials, materialsanode, anodeagilent, agilentswelling, swellingseparator, separatorassay, assaytof, tofspike, spikedemands
Accurate ICP-MS Analysis of Elemental Impurities in Electrolyte Used for Lithium-Ion Batteries
Application Note Energy and Chemicals Accurate ICP-MS Analysis of Elemental Impurities in Electrolyte Used for Lithium-Ion Batteries Determination of 68 elements in lithium salts LiPF6 , LiBF4 , LiClO4 , and LiFSI Authors Introduction Aimei Zou, Shuping Li, Chun Hiong…
Klíčová slova
mdl, mdlelement, elementsalt, saltstandard, standardbattery, batteryicp, icpcalibration, calibrationrecovery, recoveryelectrolyte, electrolytelifsi, lifsipolyatomic, polyatomicaddition, additionhehe, hehemulti, multielements
Další projekty
GCMS
LCMS
Sledujte nás
Další informace
WebinářeO násKontaktujte násPodmínky užití
LabRulez s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Obsah dostupný pod licencí CC BY-SA 4.0 Uveďte původ-Zachovejte licenci.