ICP-OES Analysis of Copper Recovered from Li-Ion Batteries for Foil Manufacturing

Význam tématu

Recyklace lithio-iontových baterií představuje klíčový krok k udržitelnému využití strategických prvků a ke snížení nákladů na výrobu nových baterií. Obnova mědi z bateriových anod slouží k výrobě nových Cu fólií potřebných ve výrobě katod a současně minimalizuje environmentální dopady a odpad.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na kvantifikaci 23 prvků v roztocích Cu elektrolytu vzniklých z recyklovaných lithium-iontových baterií. Cílem bylo ověřit přesnost, robustnost a dlouhodobou stabilitu metody ICP-OES s automatizovanou přípravou vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Všechny analýzy proběhly na Agilent 5800 VDV ICP-OES v kombinaci s AVS 7 přepínacím ventilem, ADS 2 autodilutorem a SPS 4 autosamplerem. Vzorky v 3% H2SO4 byly zaváděny přes SeaSpray nebulizér a cyklonickou komoru do vertikální VDV hořáku. Jako interní standardy sloužily Sc a Rb, pro selekci emisních čar a semikvantitativní analýzu byla využita funkce IntelliQuant Screening. Metoda byla optimalizována v axiálním i radiálním režimu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivky pro všechny prvky vykazovaly korelační koeficienty ≥0,99999 v rozsazích od sub-ppb až po stovky ppm.
• Mez detekce (MDL) dosáhly sub-ppb až nízkých ppb hodnot i v 1% Cu matrix.
• Auto­reaktivní a preskriptivní ředění ADS 2 umožnilo bezchybné udržení analyzovaných koncentrací v kalibračním rozsahu bez manuální manipulace.
• Spike recovery testy potvrdily přesnost 100±5 % pro všechny prvky.
• Stabilitní test 187 vzorků během 5 hodin prokázal RSD <1,3 % a téměř neměnný vstupní tlak nebulizéru.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaný systém výrazně zrychluje analýzu a redukuje riziko chyby při ředění a přípravě vzorků, což umožňuje efektivní kontrolu kvality v procesech recyklace baterií a remanufacturingu Cu fólií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s online monitorovacími systémy pro nepřetržité řízení recyklační linky.
• Uplatnění u různých chemických složení baterií (např. Na-iontové technologie).
• Rozšíření o kombinace se separačními technikami pro komplexní frakcionaci kovů.
• Využití pokročilé analýzy dat a AI pro prediktivní údržbu a optimalizaci analytických podmínek.

Závěr

Agilent 5800 VDV ICP-OES s integrovaným ADS 2 a AVS 7 nabízí vysoce přesnou, spolehlivou a plně automatizovanou metodu pro kvantifikaci stopových i makroprvků v elektrolytických roztocích mědi z recyklovaných lithium-iontových baterií. Metoda dosahuje vynikajících parametrů lineárity, citlivosti, přesnosti a stability i ve vysoce matričních vzorcích.

Reference

1. Harper G. et al. Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles. Nature 575, 75–86 (2019).
2. Lu L.L. et al. Advances in electrolytic copper foils: fabrication, microstructure and mechanical properties. Rare Metals 44, 757–792 (2025).
3. Agilent. A Practical Guide to Elemental Analysis of Lithium-Ion Battery Materials Using ICP-OES, 5994-5489EN.
4. Agilent. ICP-OES Quality Control of Elements in Brines Produced by Direct Lithium Extraction, 5994-8041EN.
5. Agilent. Innovative Freeform Optical Design Improves ICP-OES Speed and Analytical Performance, 5994-5891EN.
6. Agilent. Agilent ICP Expert Software: Powerful software with smart tools for ICP-OES, 5994-1517EN.
7. Agilent. ICP-OES Automation Systems, webová aplikace Agilent Technologies.
8. Agilent. Capabilities and Operation of the Advanced Dilution System 2, 5994-7211EN.
9. Agilent. Agilent IntelliQuant Screening: Smarter and quicker semiquantitative ICP-OES analysis, 5994-1518EN.