Accurate Identification of Binder Raw Materials for Li-Ion Battery Electrodes by FTIR

Význam tématu

Lithium-ionové baterie patří mezi klíčové komponenty pro udržitelnou energetiku a jejich kvalita závisí na přesném složení i zdánlivě drobných surovin. Mezi tyto materiály patří pojiva, která zajišťují mechanickou integritu elektrody, rovnoměrné nanesení aktivní směsi a dlouhodobou spolehlivost článků.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ukázat, jak lze na příchodovém pracovišti výroby lithium-ionových baterií rychle a spolehlivě ověřit identitu pojiv pomocí FTIR spektrometrie Agilent Cary 630 a softwaru MicroLab. Metoda má minimalizovat riziko vadných šarží a maximalizovat výrobní výtěžnost.

Použitá metodika

Workflow analýzy obsahovalo tyto kroky:

• Vytvoření referenční knihovny spekt­r pro pojiva PVDF a PTFE pomocí Agilent Cary 630 FTIR s diamantovou ATR
  
• Analýza čtyř neoznačených vzorků pojiv pomocí stejných akvizičních parametrů (4 000–650 cm–1, 32 scanů vzorku a pozadí, rozlišení 4 cm–1)
• Automatické porovnání neznámých spekter s knihovnou pomocí algoritmu Similarity a výpočet Hit Quality Index (HQI)

Použitá instrumentace

• FTIR spektrometr Agilent Cary 630 s diamantovou ATR modu­lem
• Software Agilent MicroLab pro sběr dat, automatickou knihovní rešerši a barevně kódované výstupy

Hlavní výsledky a diskuse

Všechny čtyři neznámé vzorky (tři PVDF, jedno PTFE) byly správně identifikovány. HQI hodnoty:

• PVDF-210: 0,9627 (vysoká shoda)
• PVDF-5130: 0,9671 (vysoká shoda)
• PVDF-6020: 0,9074 (střední shoda, možná odlišný polymerní stupeň)
• PTFE-104: 0,9835 (vysoká shoda)

Analýza PVDF spekter potvrzuje převahu α-fáze (karakteristické pásy na 763, 795, 855, 976 a 1 149 cm–1), což dokládá užitečnost FTIR pro sledování polymorfie.

Přínosy a praktické využití metody

• Okamžitá verifikace identity pojiv na příjmu surovin
• Minimální doba školení obsluhy díky intuitivnímu softwarovému rozhraní
• Redukce rizika výrobních ztrát a vadných šarží
• Monitorování variability šarže a odhalování nesprávně označených nebo kontaminovaných materiálů

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření spekter analyzovaných materiálů (nová pojiva, aditiva, elektrolytické polymerní směsi) a integrace FTIR s digitalizovanými pracovišti (Industry 4.0). Dále je možné rozvíjet inline či gloveboxové aplikace pro nepřetržité sledování kvality.

Závěr

Agilent Cary 630 FTIR ve spojení s MicroLab softwarem představuje efektivní a uživatelsky přívětivé řešení pro rychlou a spolehlivou identifikaci pojiv v lithium-ionových bateriích. Metoda podporuje pružné přizpůsobení novým dodavatelům, snižuje chybovost a napomáhá udržet vysokou kvalitu výroby baterií.

Reference

1. Cai X.; Lei T.; Sun D.; Lin L. A Critical Analysis of the α, β and γ Phases in Poly(Vinylidene Fluoride) using FTIR. RSC Advances 2017, 7(25), 15382–15389.