Quality Control of Lithium-Ion Battery Electrolytes and Solvents by UV-Vis Spectroscopy

Význam tématu

Kvalita elektrolytů a rozpouštědel pro lithium-iontové baterie je klíčová pro bezpečnost, výkon a životnost baterií. Diskolorace indikující žloutnutí může signalizovat kontaminaci nebo degradaci, kterou lidské oko nemusí vždy odhalit.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje použití stanice Agilent Cary 3500 Flexible UV-Vis se Sipper pumpou a softwarem Cary WinUV Color pro rychlou a citlivou kontrolu zabarvení elektrolytů a rozpouštědel podle standardu ASTM D5386.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava kalibračních standardů: šest Pt-Co (APHA) roztoků v rozsahu 1–10 jednotek, ředěných ultrapure vodou.
• Měření: spektrofotometrický záznam absorbance v oblasti 400–700 nm, výpočet tristimulus X, Y, Z, převod na Yellowness Index (YI) a následný výpočet ekvivalentních Pt-Co jednotek.
• Vzorky: nové a použité balení elektrolytů (1 M LiPF6 v EC/DMC a EC/EMC) a rozpouštědel (DMC, EMC).
• Instrumentace: Agilent Cary 3500 Flexible UV-Vis, Agilent Cary Sipper peristaltická pumpa, 10 mm quartzová průtočná kyveta, software Cary WinUV Workstation a WinUV Color.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární kalibrace YI vůči Pt-Co s R² = 1 dokládá vysokou photometrickou linearitu při nízkých absorbcích (0,0003–0,0028).
• Nové elektrolyty dosáhly Pt-Co hodnot přibližně 2,8–3,4, zatímco otevřené vzorky vykázaly zvýšení na 4,8–5,4, což potvrzuje nepozorovatelnou degradaci.
• Použité rozpouštědla dosáhla Pt-Co hodnot kolem 3,5, což rovněž indikuje mírné zabarvení.
• UV-Vis detekce překonává subjektivitu vizuálního hodnocení a umožňuje spolehlivou kontrolu kvality.

Přínosy a praktické využití metody

• Bezpečné zacházení s nebezpečnými vzorky v průtočné kyvetě, odstranění nutnosti manuální manipulace.
• Široký dynamický rozsah a vysoká citlivost podporují měření vysoce ředěných vzorků.
• Automatizované výpočty a reporty v software WinUV Color šetří čas a zajišťují konzistentní výsledky.
• Vhodné pro výrobu baterií (QC) i pro výzkum a vývoj (R&D).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s laboratorními informačními systémy (LIMS) a automatizace datových toků.
• Miniaturizace a rozšíření metodiky na další typy bateriových elektrolytů.
• Využití pokročilých chemometrických nástrojů pro predikci stability a doby skladovatelnosti.
• Implementace online monitoringu během výrobních procesů.

Závěr

Agilent Cary 3500 Flexible UV-Vis v kombinaci se Sipper pumpou a softwarem WinUV Color nabízí spolehlivou, citlivou a bezpečnou metodu kontroly zabarvení elektrolytů a rozpouštědel pro lithium-iontové baterie v souladu s ASTM D5386. Metoda podporuje vysokou průchodnost vzorků a minimalizuje riziko kontaminace, což přispívá k vyšší bezpečnosti a výkonnosti baterií.

Reference

• ASTM D1209 (2019) Standard Test Method for Color of Clear Liquids (Platinum Cobalt Scale).
• ASTM D5386 (2016) Standard Test Method for Color of Liquids Using Tristimulus Colorimetry.
• ASTM E308 (2022) Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System.
• ASTM E313 (2020) Standard Practice for Calculating Yellowness and Whiteness Indices from Instrumentally Measured Color Coordinates.
• Agilent Technologies (2023) Color Measurements by Agilent UV-Vis and UV-Vis-NIR Spectrophotometers, White Paper 5994-6792EN.