Improving Battery Production Yield, Performance, and Stability Using FTIR

Význam tématu

V rychle rostoucím odvětví výroby baterií pro elektromobilitu je klíčové zabezpečit kvalitu reaktivních surovin a zabránit degradaci elektrolytu. LiPF6 neboli lithiumhexafluorofosfát je nejrozšířenější solí v elektrolytech lithiových baterií, ale jeho rozklad uvolňuje toxický fluorovodík a nepříznivě ovlivňuje výkon a životnost článků.

Cíle a přehled studie

Studie ukazuje, jak využít FTIR spektroskopii s technikou ATR pro rychlou a nedestruktivní kontrolu čistoty a stability LiPF6 během výroby baterií. Cílem je demonstrace jednoduchého QA/QC workflow pro identifikaci a kvantitativní hodnocení degradace soli v různých podmínkách skladování a manipulace.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byly připraveny tři vzorky LiPF6 uchovávané a analyzované v odlišných podmínkách (glovebox, suché prostředí, otevřený vzduch). Použitá instrumentace:

• Agilent Cary 630 FTIR spektrometr s diamantovým ATR modulem
• Agilent MicroLab FTIR software s uživatelskou knihovnou LIB salts
• Parametry: rozmezí 4 000–650 cm⁻¹, rozlišení 4 cm⁻¹, 32 skenů, apodizace Happ-Genzel

Hlavní výsledky a diskuse

Vzorky skladované v inertním suchém prostředí dosáhly vysokých hodnot hit quality indexu (HQI > 0,91), zatímco vzorek vystavený vlhkosti vykázal pokles HQI na 0,79. Časové měření degradačního vzorku ukázalo postupnou změnu absorbčních pásů, zejména kolem 803 cm⁻¹, což poukazuje na tvorbu rozkladných produktů.

Přínosy a praktické využití metody

FTIR-ATR workflow nabízí:

• Okamžitou a bezdrátovou kontrolu kvality surovin i během výroby
• Jednoduché pass/fail kriterium na základě HQI
• Možnost integrace do gloveboxů pro citlivé materiály

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření aplikace kompaktních FTIR přístrojů pro online monitoring různých komponent baterií, včetně elektrolytů a separátorů. Další vývoj softwarových algoritmů pro rychlou kvantifikaci rozkladných produktů zvýší proaktivitu opatření v automatizovaných výrobních linkách.

Závěr

Agilent Cary 630 FTIR ve spojení s MicroLab softwarem představuje efektivní nástroj pro kontrolu kvality LiPF6, minimalizaci rizika degradace a zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti lithiových baterií.

Reference

• Larsson F. et al. Toxic Fluoride Gas Emissions from Lithium-Ion Battery Fires. Scientific Reports 2017, 7(1):10018.
• Han J.Y., Jung S. Thermal Stability and the Effect of Water on Hydrogen Fluoride Generation in Lithium-Ion Battery Electrolytes Containing LiPF6. Batteries 2022, 8(7):61.
• Juba B.W. et al. Lessons Learned—Fluoride Exposure and Response. Journal of Chemical Health and Safety 2021, 28(2).
• Kraft V. et al. Ion Chromatography Electrospray Ionization Mass Spectrometry Method Development and Investigation of Lithium Hexafluorophosphate-Based Organic Electrolytes and Their Thermal Decomposition Products. Journal of Chromatography A 2014, 1354:92–100.