Material Identification of Lithium‑Ion Battery Separators Using FTIR Spectroscopy

Význam tématu

Lithium-iontové baterie jsou dnes klíčové zdroje energie pro elektrická vozidla, přenosnou elektroniku i ukládání obnovitelné energie. Separátory z polymerních membrán hrají zásadní roli v bezpečnosti a výkonu baterií tím, že zabraňují přímému kontaktu mezi anodou a katodou a zároveň umožňují průchod iontů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo demonstrovat rychlou a spolehlivou identifikaci materiálů nových i použitých separátorů lithium-iontových baterií. Pro analýzu byl použit kompaktní FTIR přístroj Agilent Cary 630 s diamantovým ATR modulem a software MicroLab s uživatelskou polymerní knihovnou spekter.

Použitá metodika a instrumentace

• Instrumentace: Agilent Cary 630 FTIR se single reflection diamantovým ATR detektorem.
• Software: Agilent MicroLab s algoritmem Similarity search a interní knihovnou polymerních spekter.
• Experimentální parametry: spektrální rozsah 4 000–650 cm–1, 32 skenů, rozlišení 4 cm–1, sběr pozadí ze vzduchu.
• Vzorky: nový vícevrtvený separátor (multilayer) a použitý separátor z recyklační linky.

Hlavní výsledky a diskuse

Oba separátory byly správně identifikovány s vysokou mírou shody (HQI > 0,90): nový multilayer jako polypropylen (PP) s HQI 0,94064, použitý separátor jako polyethylen (PE) s HQI 0,92274. Vizualizace překrytých spekter odhalila možné kontaminanty z ostatních bateriových složek, které mohou ovlivnit hodnotu HQI. Barevné kódování výsledků (zelená pro HQI > 0,90) usnadňuje okamžité posouzení kvality měření.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Rychlou identifikaci materiálů separátorů bez nutnosti složité přípravy vzorku.
• Snadnou obsluhu díky intuitivnímu, obrázkovému rozhraní software MicroLab.
• Možnost provádět analýzu přímo v inertní atmosféře (glove box) díky kompaktní konstrukci přístroje.
• Flexibilní správu a rozšiřování spektrálních knihoven pro zvýšení spolehlivosti výsledků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují:

• Automatizovanou integraci FTIR modulů do výrobních linií QC výrobců baterií.
• Vylepšení spektrálních knihoven o nové polymery a přísady pro podrobnější analýzu.
• Rozšíření aplikací na další komponenty baterií, jako jsou elektrolytické soli a rozpouštědla.
• Implementaci online monitorování degradace materiálů v reálném čase.

Závěr

Studie potvrdila, že Agilent Cary 630 FTIR s ATR modulem a software MicroLab poskytuje rychlou, spolehlivou a snadno interpretovatelnou identifikaci polymerních separátorů lithium-iontových baterií. Díky možnosti rozšiřování spektrálních knihoven a kompaktnímu provedení je metoda vhodná jak pro QC procesy výrobců, tak pro výzkum a vývoj nových bateriových materiálů.

Reference

1. Dutta, A. Chapter 4 – Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Spectroscopic Methods for Nanomaterials Characterization, Elsevier 2017, pp. 73–93. DOI: 10.1016/B978-0-323-46140-5.00004-2.
2. Alwan, W.; Babu, S.; Zieschang, F. Quick and Easy Material Identification of Salts Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR; Agilent Technologies Application Note 5994-6243EN, 2023.
3. Babu, S.; Alwan, W.; Zieschang, F. Quick and Easy Material Identification of Solvents Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR; Agilent Technologies Application Note 5994-6182EN, 2023.
4. Alwan, W.; Zieschang, F. Advancing Research of Lithium-Ion Batteries Using the Agilent Cary 630 FTIR Spectrometer; Agilent Technologies White Paper 5994-6144EN, 2023.