Analysis of degradation products in electrolyte for rechargeable lithium-ion battery through high mass accuracy MSn and multivariate statistical technique
Postery | 2012 | ShimadzuInstrumentace
Analýza rozkladných produktů v elektrolytu dobíjecích lithium-iontových baterií je klíčová pro pochopení jejich stárnutí a ztráty kapacity. Rozpad organických rozpouštědel a solí vede k tvorbě karbonátů a fosfátů, které ovlivňují výkon, životnost a bezpečnost článků. Sledování těchto látek přispívá k optimalizaci složení elektrolytu, vylepšení procesů výroby a navržení účinnějších přídavných látek pro prodloužení životnosti baterií.
Cílem studie bylo identifikovat specifické rozkladné produkty vznikající v elektrolytu po opakovaných nabíjecích a vybíjecích cyklech (60 °C, 30 cyklů). Autoři porovnali elektrolyt nového článku (A) s elektrolytem po cyklování (B), analyzovali extrakty pomocí vysoké hmotnostní přesnosti MSn a multivariační techniky OPLS-DA a navrhli chemické vzorce i struktury detekovaných složek.
Vzorky elektrolytu (1 M LiPF₆ v poměru EC : DEC = 1 : 1) byly ředěny metanolem (1 : 10) a analyzovány systémem LCMS-IT-TOF (ESI(+)). Pro zpracování dat se použilo:
OPLS-DA skórový plot jasně oddělil skupinu elektrolytu A a B. S-plot identifikoval 15 unikátních iontů v elektrolytu B, které nebyly přítomny v elektrolytu A. Mezi klíčové nálezy patří:
Vysoká hmotnostní přesnost MSn ve spojení s multivariační analýzou umožňuje rychlou a cílenou identifikaci produktů rozkladu elektrolytu. Metoda je využitelná pro:
Budoucí směřování zahrnuje:
Studie demonstrovala účinnost řešení založeného na vysoké hmotnostní přesnosti MSn a OPLS-DA pro odhalení a identifikaci rozkladných produktů v elektrolytu lithium-iontových baterií. Odhalené karbonáty a fosfáty vysvětlují pokles kapacity článků při cyklování a otevírají cestu k cílům v oblasti prodloužení životnosti a bezpečnosti baterií.
Hiroki Nakajima, Satoshi Yamaki, Tsutomu Nishine, Masaru Furuta. Analysis of degradation products in electrolyte for rechargeable lithium-ion battery through high mass accuracy MSn and multivariate statistical technique. Shimadzu Application Note PO-CON1228E, 2012.
LC/TOF, LC/MS, LC/MS/MS, LC/IT
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Analýza rozkladných produktů v elektrolytu dobíjecích lithium-iontových baterií je klíčová pro pochopení jejich stárnutí a ztráty kapacity. Rozpad organických rozpouštědel a solí vede k tvorbě karbonátů a fosfátů, které ovlivňují výkon, životnost a bezpečnost článků. Sledování těchto látek přispívá k optimalizaci složení elektrolytu, vylepšení procesů výroby a navržení účinnějších přídavných látek pro prodloužení životnosti baterií.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo identifikovat specifické rozkladné produkty vznikající v elektrolytu po opakovaných nabíjecích a vybíjecích cyklech (60 °C, 30 cyklů). Autoři porovnali elektrolyt nového článku (A) s elektrolytem po cyklování (B), analyzovali extrakty pomocí vysoké hmotnostní přesnosti MSn a multivariační techniky OPLS-DA a navrhli chemické vzorce i struktury detekovaných složek.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky elektrolytu (1 M LiPF₆ v poměru EC : DEC = 1 : 1) byly ředěny metanolem (1 : 10) a analyzovány systémem LCMS-IT-TOF (ESI(+)). Pro zpracování dat se použilo:
- OPLS-DA v softwaru SIMCA-P+ (Umetrics) a Profiling Solution (Shimadzu) pro odlišení unikátních iontů elektrolytu B
- Formula Predictor (Shimadzu) pro predikci sumárních vzorců
- MS² a MS³ fragmentační data pro potvrzení navržených struktur
Hlavní výsledky a diskuse
OPLS-DA skórový plot jasně oddělil skupinu elektrolytu A a B. S-plot identifikoval 15 unikátních iontů v elektrolytu B, které nebyly přítomny v elektrolytu A. Mezi klíčové nálezy patří:
- Polykarbonát C9H14O9 (m/z 284.0982), potvrzený MSn fragmentací do odpovídajících produktových iontů
- Fosfát C3H7O4P (m/z 283.0336), potvrzený izotopovým vzorcem a fragmentací
Přínosy a praktické využití metody
Vysoká hmotnostní přesnost MSn ve spojení s multivariační analýzou umožňuje rychlou a cílenou identifikaci produktů rozkladu elektrolytu. Metoda je využitelná pro:
- Optimalizaci složení elektrolytu a vývoj stabilizátorů
- Monitorování stavu baterií v průmyslové výrobě i servisu
- Výzkum nových materiálů pro pokročilé bateriové technologie
Budoucí trendy a možnosti využití
Budoucí směřování zahrnuje:
- Integraci online LC-MS monitoringu během cyklovacích testů
- Využití strojového učení pro predikci a klasifikaci rozkladných produktů
- Kombinaci s dalšími analytickými metodami (NMR, FT-IR, Raman) pro úplnější charakterizaci
- Studium vlivu různých přídavných látek a vyvíjení „inteligentních“ elektrolytů
Závěr
Studie demonstrovala účinnost řešení založeného na vysoké hmotnostní přesnosti MSn a OPLS-DA pro odhalení a identifikaci rozkladných produktů v elektrolytu lithium-iontových baterií. Odhalené karbonáty a fosfáty vysvětlují pokles kapacity článků při cyklování a otevírají cestu k cílům v oblasti prodloužení životnosti a bezpečnosti baterií.
Reference
Hiroki Nakajima, Satoshi Yamaki, Tsutomu Nishine, Masaru Furuta. Analysis of degradation products in electrolyte for rechargeable lithium-ion battery through high mass accuracy MSn and multivariate statistical technique. Shimadzu Application Note PO-CON1228E, 2012.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analysis of degradation products in electrolyte for rechargeable lithium-ion battery through high mass accuracy MSn and multivariate statistical technique
2012|Shimadzu|Postery
Analysis of degradation products in electrolyte for rechargeable lithium-ion battery through high mass accuracy MSn and multivariate statistical technique ASMS 2012 WP26-541 Hiroki Nakajima, Satoshi Yamaki, Tsutomu Nishine, Masaru Furuta SHIMADZU CORPORATION, Kyoto, Japan Analysis of degradation products in electrolyte…
Klíčová slova
electrolyte, electrolytebattery, batterylithium, lithiumrechargeable, rechargeablemsn, msndegradation, degradationmultivariate, multivariateion, ionaccuracy, accuracystatistical, statisticalproducts, productsformula, formulaopls, oplspredictor, predictorhigh
Differential Analysis in Polysulfide Silane Coupling Agents by High Mass Accuracy MSn and Multivariate Statistical Technique
2011|Shimadzu|Postery
Differential Analysis in Polysulfide Silane Coupling Agents by High Mass Accuracy MSn and Multivariate Statistical Technique ASMS 2011 TP343 Hiroki Nakajima1, Takahiro Goda1, Satoshi Yamaki1, Ichiro Hirano1, Tsutomu Nishine1, Yuko Sekine2, Fumito Yatsuyanagi2 1 SHIMADZU CORPORATION, Kyoto, Japan 2 THE…
Klíčová slova
silane, silanepolysulfide, polysulfidecoupling, couplingagents, agentsmultivariate, multivariatestatistical, statisticaloet, oetdifferential, differentialmsn, msncharacteristic, characteristicaccuracy, accuracynonpetroleum, nonpetroleumadhesion, adhesiontechnique, techniquestructured
Aiding Lithium Ion Secondary Battery Electrolyte Design via UPLC-MS and APGC-MS Analysis on a Single High-Resolution Mass Spectrometer Platform
2020|Waters|Aplikace
[ APPLICATION NOTE ] Aiding Lithium Ion Secondary Battery Electrolyte Design via UPLC-MS and APGC-MS Analysis on a Single High-Resolution Mass Spectrometer Platform Kejun Qian, Michael Jones, and Chris Stumpf Waters Corporation, Milford, MA, USA APPLICATION BENEFITS ■ ■ Comprehensive…
Klíčová slova
battery, batteryapgc, apgcelectrolyte, electrolytelithium, lithiumaiding, aidingsecondary, secondaryuplc, uplcunifi, unifiion, ionvia, viadesign, designcomponents, componentsfluoroethyl, fluoroethylproposed, proposedmanufacturers
Profiling Analysis of Polysulfide Silane Coupling Agent
2012|Shimadzu|Technické články
C146-E154A Technical Report Profiling Analysis of Polysulfide Silane Coupling Agent 1 . In tro d u c ti o n Recently, in line with the oil-conservation movement, silica, as a non-petroleum resource, is increasingly used as a tire reinforcement filler.…
Klíčová slova
polysulfide, polysulfidesilane, silanecoupling, couplingsample, sampleoet, oettriethoxysilylpropyl, triethoxysilylpropylprinciple, principlemonosulfide, monosulfideagents, agentsbis, bisprofiling, profilingdata, datajudged, judgedagent, agentcomponent