Analysis of Electrolyte and Electrode in LIB Degraded by Overcharge and High Temperature

Význam tématu

Analýza elektrolytu a elektrod lithiových baterií degradovaných přebíjením a vysokou teplotou je klíčová pro pochopení mechanismů stárnutí a prevenci rizik, jako je vnitřní zkrat nebo požár.
Detailní poznatky o rozpuštěných kovech a organických produktech degradace elektrolytu umožňují optimalizaci materiálů a provozních podmínek baterií ve vozidlech a stacionárních úložných systémech.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo komplexně vyhodnotit změny složení elektrolytu a povrchů elektrod v pouch článcích podrobených cyklům při různých vypínacích napětích a teplotách.
Prostřednictvím ICP-AES, GC-MS a EDXRF autoři kvantifikovali rozpuštěné přechodné kovy, mapovali vznik degradovaných organofosfátů a identifikovali depozice prvků na elektrodách.

Použitá instrumentace

• ICP-AES: Shimadzu ICPE-9820
• GC-MS: Shimadzu GCMS-QP2050 s autoinjektorem AOC-30i
• EDXRF: Shimadzu EDX-8100

Hlavní výsledky a diskuse

• ICP-AES odhalila, že koncentrace Ni, Co a Mn v elektrolytu výrazně roste s vyšším vypínacím napětím, zatímco při zvýšené teplotě zůstávají tyto prvky pod 1 ppm.
• GC-MS identifikoval devět kategorií degradovaných organofosfátů a dioxalánových derivátů (A–I), jejichž množství dramaticky vzrostlo zejména při přebíjení.
• EDXRF prokázala ukládání přechodných kovů a fluóru z elektrolytu na anodě a postupný pokles fluóru na katodě doprovázený nárůstem obsahu fosforu při vyšších teplotách.

Tyto nálezy potvrzují souhru mechanizmů rozpouštění aktivních materiálů, tvorby ochranných vrstev SEI/CEI a depozice nežádoucích prvků, které ovlivňují výkon a bezpečnost článků.

Přínosy a praktické využití metody

• Přesná kvantifikace kovových nečistot pomáhá vylepšit složení elektrolytu a minimalizovat degradaci.
• Profilace organických produktů umožňuje sledovat stádium rozkladu elektrolytu a optimalizovat využití aditiv.
• Rychlá EDXRF analýza povrchu elektrod podporuje diagnostiku interních závad a usnadňuje vývoj bezpečnějších baterií.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření online monitoringu elektrolytu a elektrod v reálném čase, integrace s bateriovým řídicím systémem (BMS) a využití pokročilých technik (např. LC-MS/MS nebo operando spektroskopie) pro detailní molekulární informace a prediktivní údržbu baterií.

Závěr

Kombinace ICP-AES, GC-MS a EDXRF poskytuje ucelený pohled na degradaci lithiových baterií při přebíjení a vysoké teplotě. Tyto metody umožňují cílenou optimalizaci materiálů a provozních podmínek, což přispívá k vyšší bezpečnosti a prodloužené životnosti baterií.

Reference

• Xuanting Wu et al., Chemical Engineering Journal 509 (2025) 161446.
• Waldemar Weber et al., Journal of Power Sources 306 (2016) 193–199.
• Martin Grützke, Waldemar Weber, Martin Winter and Sascha Nowak, RSC Advances 6 (2016) 57253.