Sensitive determination of elements in lithium batteries using the Thermo Scientific iCAP PRO XP ICP-OES
Aplikace | 2020 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Výzkum a vývoj lithium-iontových baterií jsou klíčové pro přechod na obnovitelné zdroje energie. Analýza složení ternárních katodových materiálů (Li–Ni–Co–Mn) je zásadní pro kontrolu kvality, bezpečnost a výkon baterií. Přesné stanovení hlavních prvků i stopových nečistot pomáhá optimalizovat životnost, kapacitu a výrobní náklady baterií.
Cílem této práce je ukázat rychlou, citlivou a robustní metodu pro kvantitativní stanovení hlavních prvků (Li, Ni, Co, Mn) a řady stopových prvků v ternárním katodovém materiálu lithium-iontových baterií pomocí ICP-OES Thermo Scientific iCAP PRO XP.
Vzorky katodového materiálu byly mineralizovány v HCl na horké plotně a doplněny na objem do 50 ml ultrapurem vodou. Kalibrační křivky pro hlavní prvky až do 50 mg/l a pro nečistoty do 5 mg/l dosáhly koeficientu lineární regrese R2 > 0,9995. Analýza probíhala v režimu radální detekce (Radial) s vysokým rozlišením vlnových délek 167–852 nm (Full Range iFR). Použité parametry:
Stanovení nečistot v neupravovaném vzorku odhalilo přítomnost Al, Ca, Fe, K a dalších až v jednotkách mg·kg−1 při detekčních limitech v řešení řádově 10−4 až 10−2 mg·l−1. Slepé zkoušky s přídavkem standardních látek prokázaly obnovu 90–110 % pro všechny analyty. Opakovatelnost měření hlavních prvků v průběhu 2 hodin vykázala RSD < 1 %, bez výrazného driftu.
Metoda umožňuje rychlou a spolehlivou kontrolu kvality katodových materiálů přímo ve výrobních či výzkumných laboratořích. Vysoká citlivost v hlubokém UV regionu zajišťuje rozlišení i těžko detekovatelných prvků (S, Pb). Díky zachycení celé spektrální oblasti v jednom expozici se zkracuje doba analýzy i spotřeba argonu.
Další rozšíření spočívá v automatizaci přípravy vzorků a online monitoringu výrobních linek. Kombinace s dalšími technikami (ICP-MS, XRF) umožní širší profilaci materiálů a sledování dynamických změn složení při reálném provozu baterií.
Popsaná metoda na iCAP PRO XP ICP-OES nabízí přesné, robustní a efektivní stanovení hlavních i stopových prvků v ternárních katodových materiálech. Splňuje požadavky čínské normy YS/T 798-2012 a je vhodná pro rutinní i výzkumné aplikace v oblasti baterií.
1. YS/T 798-2012: Lithium nickel cobalt manganese oxide, China National non-ferrous metal industry standards, Ministry of Industry and Information Technology of the People's Republic of China.
ICP-OES
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Výzkum a vývoj lithium-iontových baterií jsou klíčové pro přechod na obnovitelné zdroje energie. Analýza složení ternárních katodových materiálů (Li–Ni–Co–Mn) je zásadní pro kontrolu kvality, bezpečnost a výkon baterií. Přesné stanovení hlavních prvků i stopových nečistot pomáhá optimalizovat životnost, kapacitu a výrobní náklady baterií.
Cíle a přehled studie
Cílem této práce je ukázat rychlou, citlivou a robustní metodu pro kvantitativní stanovení hlavních prvků (Li, Ni, Co, Mn) a řady stopových prvků v ternárním katodovém materiálu lithium-iontových baterií pomocí ICP-OES Thermo Scientific iCAP PRO XP.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky katodového materiálu byly mineralizovány v HCl na horké plotně a doplněny na objem do 50 ml ultrapurem vodou. Kalibrační křivky pro hlavní prvky až do 50 mg/l a pro nečistoty do 5 mg/l dosáhly koeficientu lineární regrese R2 > 0,9995. Analýza probíhala v režimu radální detekce (Radial) s vysokým rozlišením vlnových délek 167–852 nm (Full Range iFR). Použité parametry:
- Peristaltická pumpa: 50 rpm
- RF výkon: 1150 W
- Skleněný koncentrační nebulizér, cyklonová sprchovací komora
- Tok pomocných plynů: Ar (0,6 L/min nebulizace, 0,5 L/min pomocný, 12 L/min chlazení)
- Pozorovací výška: 10 mm, expoziční čas: 10 s
Hlavní výsledky a diskuse
Stanovení nečistot v neupravovaném vzorku odhalilo přítomnost Al, Ca, Fe, K a dalších až v jednotkách mg·kg−1 při detekčních limitech v řešení řádově 10−4 až 10−2 mg·l−1. Slepé zkoušky s přídavkem standardních látek prokázaly obnovu 90–110 % pro všechny analyty. Opakovatelnost měření hlavních prvků v průběhu 2 hodin vykázala RSD < 1 %, bez výrazného driftu.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda umožňuje rychlou a spolehlivou kontrolu kvality katodových materiálů přímo ve výrobních či výzkumných laboratořích. Vysoká citlivost v hlubokém UV regionu zajišťuje rozlišení i těžko detekovatelných prvků (S, Pb). Díky zachycení celé spektrální oblasti v jednom expozici se zkracuje doba analýzy i spotřeba argonu.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozšíření spočívá v automatizaci přípravy vzorků a online monitoringu výrobních linek. Kombinace s dalšími technikami (ICP-MS, XRF) umožní širší profilaci materiálů a sledování dynamických změn složení při reálném provozu baterií.
Závěr
Popsaná metoda na iCAP PRO XP ICP-OES nabízí přesné, robustní a efektivní stanovení hlavních i stopových prvků v ternárních katodových materiálech. Splňuje požadavky čínské normy YS/T 798-2012 a je vhodná pro rutinní i výzkumné aplikace v oblasti baterií.
Reference
1. YS/T 798-2012: Lithium nickel cobalt manganese oxide, China National non-ferrous metal industry standards, Ministry of Industry and Information Technology of the People's Republic of China.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Robust and sensitive measurement of trace element impurities in LiPF6 electrolyte solutions using ICP-OES
2022|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note | 000243 Industrial analysis Robust and sensitive measurement of trace element impurities in LiPF6 electrolyte solutions using ICP-OES Authors Goal Sukanya Sengupta, Bhagyesh Surekar, To demonstrate the capabilities of the Thermo Scientific™ iCAP™ PRO XP ICP-OES and Daniel…
Klíčová slova
ifr, ifraxial, axialelectrolyte, electrolyteicap, icapoes, oessolva, solvaicp, icpelement, elementpro, probatteries, batteriesduo, duospike, spikemethod, methodsamples, sampleselements
Assessing the purity grade of lithium carbonate and lithium hydroxide using ICP-OES
2022|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note | 001168 Industrial Assessing the purity grade of lithium carbonate and lithium hydroxide using ICP-OES Authors Goal Sukanya Sengupta and Daniel Kutscher To demonstrate the capabilities of the Thermo Scientific™ iCAP™ PRO XP ICP-OES Duo Thermo Fisher Scientific,…
Klíčová slova
lithium, lithiumbattery, batteryicap, icaptorch, torchsalts, saltsduo, duoeie, eieoes, oesstdev, stdevrec, recelements, elementspro, proicp, icplioh, liohspike
Determination of elemental impurities in lithium iron phosphate using ICP-OES
2021|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE 000245 Determination of elemental impurities in lithium iron phosphate using ICP-OES Authors: Jingfang He,1 Xiaobo Li,1 Fei Wang,1 Miao Jing,1 and Jianfeng Cui2 1 Thermo Fisher Scientific, Shanghai, China 2 Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany Keywords: Lithium iron…
Klíčová slova
lithium, lithiumicap, icapoes, oesradial, radialiron, ironicp, icpphosphate, phosphateemt, emtideal, ideallabbook, labbookpro, protorch, torchelement, elementdemountable, demountableconcentric
Robust and sensitive determination of multi-elements in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) using ICP-OES
2023|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note | 002209 Energy Robust and sensitive determination of multi-elements in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) using ICP-OES Authors Goal Mai Sato1, Yasuo Kuroki1, To demonstrate the suitability of the Thermo Scientific™ iCAP™ PRO Series ICP-OES, Sebastian Weyermann , equipped with the…
Klíčová slova
ifr, ifraxial, axialeuv, euvnmp, nmpaqueous, aqueousicap, icapundiluted, undilutedduo, duooes, oesdiluted, dilutedwavelength, wavelengthicp, icpanalysis, analysisperistaltic, peristalticsensitivity