Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production
Aplikace | 2023 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Determinační metody aniontů v elektrolytech pro lithiové články jsou klíčové pro kontrolu kvality a reproducibilitu bateriových výrobců. Přesná analýza anionů tetrafluoroborátu, perchlorátu a hexafluorofosfátu zajišťuje správné složení elektrolytu a tím optimální výkon a životnost článků.
Cílem této studie bylo aktualizovat a optimalizovat dřívější postup (Application Note 258) pro simultánní stanovení tří zmiňovaných aniontů v modelových elektrolytech. Použití moderní generace RFIC přístrojů a menších kapilárních sloupců (2 mm) mělo vést ke zkrácení doby analýzy, snížení spotřeby eluční fáze a zlepšení celkové efektivity metody.
Analytická technika: Ionová chromatografie s potlačenou vodivostní detekcí (suppressed conductivity).
Hlavní vybavení:
Pro eluci byl použit gradient KOH od 15 mM do 80 mM a zpět při průtoku 0,3 mL/min, injekční objem 10 µL, teplota kolony 30 °C a autosampler 4 °C.
Rozlišení aniontů probíhalo v časech retence přibližně 11,8 min pro BF4–, 17,5 min pro ClO4– a 22,6 min pro PF6– s dostatečnou vzdáleností špiček bez rušivých signálů při změně koncentrace eluční fáze.
Linearita byla pro všechny tři anionty v rozsahu 1–40 mg/L vynikající (r2 = 1,000).
Mezní relativní odchylky (RSD) z mezidenních měření: BF4– < 1,8 %, ClO4– < 0,8 %, PF6– < 4,5 %. Absorpční přesnost potvrzují průměrné recovery mezi 94 % a 112 %, PF6– vykazuje mírně vyšší variabilitu, což může souviset s jeho stabilitou v organicko-vodném prostředí.
Nová metoda dosahuje čtyřnásobného snížení objemu eluční fáze a spotřeby generátoru KOH, což prodlužuje životnost kartridže a snižuje produkci odpadu. Přístup konstrukčně vyhovuje laboratornímu QA/QC i rutinnímu průmyslovému nasazení pro monitoring elektrolytů ve výrobě baterií.
Další vývoj může směřovat k miniaturizaci kapilárních IC systémů, on-line monitoringu výrobních toků elektrolytů, rozšíření metodiky o nové anionty (např. fluororganické sloučeniny) a integraci s dalšími detekčními technikami (např. MS). Vědecký výzkum i komerční aplikace ocení vyšší automatizaci a vyšší propustnost analýz.
Popsaná metoda nabízí rychlé, přesné a robustní stanovení nejdůležitějších aniontů pro lithium-iontové elektrolyty s významným snížením provozních nákladů a odpadu. Lineární rozsah, nízké RSD i vysoké recovery potvrzují spolehlivost postupu pro rutinní kontroly kvality.
Iontová chromatografie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Determinační metody aniontů v elektrolytech pro lithiové články jsou klíčové pro kontrolu kvality a reproducibilitu bateriových výrobců. Přesná analýza anionů tetrafluoroborátu, perchlorátu a hexafluorofosfátu zajišťuje správné složení elektrolytu a tím optimální výkon a životnost článků.
Cíle a přehled studie
Cílem této studie bylo aktualizovat a optimalizovat dřívější postup (Application Note 258) pro simultánní stanovení tří zmiňovaných aniontů v modelových elektrolytech. Použití moderní generace RFIC přístrojů a menších kapilárních sloupců (2 mm) mělo vést ke zkrácení doby analýzy, snížení spotřeby eluční fáze a zlepšení celkové efektivity metody.
Použitá metodika a instrumentace
Analytická technika: Ionová chromatografie s potlačenou vodivostní detekcí (suppressed conductivity).
Hlavní vybavení:
- Dionex ICS-6000 Dual Channel HPIC systém s RFIC-EG modulem a vodivostním detektorem
- Dionex AS-AP autosampler se 250 µL stříkačkou a chlazenou vaničkou
- Dionex EGC 500 KOH kartridž s CR-ATC 600 trapy a vysokotlakým odvzdušňovačem
- Dionex IonPac AS20 analytický sloupec (2×250 mm) a AG20 prekolona (2×50 mm)
- Dionex ADRS 600 suppressor, 2 mm, recyklační režim, 70 mA
Pro eluci byl použit gradient KOH od 15 mM do 80 mM a zpět při průtoku 0,3 mL/min, injekční objem 10 µL, teplota kolony 30 °C a autosampler 4 °C.
Hlavní výsledky a diskuse
Rozlišení aniontů probíhalo v časech retence přibližně 11,8 min pro BF4–, 17,5 min pro ClO4– a 22,6 min pro PF6– s dostatečnou vzdáleností špiček bez rušivých signálů při změně koncentrace eluční fáze.
Linearita byla pro všechny tři anionty v rozsahu 1–40 mg/L vynikající (r2 = 1,000).
Mezní relativní odchylky (RSD) z mezidenních měření: BF4– < 1,8 %, ClO4– < 0,8 %, PF6– < 4,5 %. Absorpční přesnost potvrzují průměrné recovery mezi 94 % a 112 %, PF6– vykazuje mírně vyšší variabilitu, což může souviset s jeho stabilitou v organicko-vodném prostředí.
Přínosy a praktické využití metody
Nová metoda dosahuje čtyřnásobného snížení objemu eluční fáze a spotřeby generátoru KOH, což prodlužuje životnost kartridže a snižuje produkci odpadu. Přístup konstrukčně vyhovuje laboratornímu QA/QC i rutinnímu průmyslovému nasazení pro monitoring elektrolytů ve výrobě baterií.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další vývoj může směřovat k miniaturizaci kapilárních IC systémů, on-line monitoringu výrobních toků elektrolytů, rozšíření metodiky o nové anionty (např. fluororganické sloučeniny) a integraci s dalšími detekčními technikami (např. MS). Vědecký výzkum i komerční aplikace ocení vyšší automatizaci a vyšší propustnost analýz.
Závěr
Popsaná metoda nabízí rychlé, přesné a robustní stanovení nejdůležitějších aniontů pro lithium-iontové elektrolyty s významným snížením provozních nákladů a odpadu. Lineární rozsah, nízké RSD i vysoké recovery potvrzují spolehlivost postupu pro rutinní kontroly kvality.
Reference
- Qi Li, et al. Review article: Progress in electrolytes for rechargeable Li-based batteries and beyond. Green Energy & Environment, 2016, 1(1):18–42.
- Thermo Fisher Scientific. Determination of Tetrafluoroborate, Perchlorate, and Hexafluorophosphate in a Simulated Electrolyte Sample from Lithium-Ion Battery Production. Application Note 258.
- Thermo Fisher Scientific. Dionex IonPac AS20 IC Columns Product Manual.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of Tetrafluoroborate, Perchlorate, and Hexafluorophosphate in a Simulated Electrolyte Sample from Lithium Ion Battery Production
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Thunyarat Phesatcha,1 Suparerk Tukkeeree,1 Jeff Rohrer2 1 Thermo Fisher Scientific, Bangkok, Thailand; 2Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA Introduction Reagents and Standards Lithium ion batteries are commonly used in portable consumer electronic devices. The electrolyte solution in these batteries consists…
Klíčová slova
tetrafluoroborate, tetrafluoroboratelithium, lithiumhexafluorophosphate, hexafluorophosphateperchlorate, perchlorateanions, anionseluent, eluentsimulated, simulatedsample, sampleconcentration, concentrationelectrolyte, electrolytedionex, dionexspiked, spikedsolutions, solutionspolarizable, polarizableelugen
Determination of Dissolved Manganese in Lithium/Manganese Oxide Battery Electrolyte
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Chanita Chantarasukon,1 Suparerk Tukkeeree,1 and Jeff Rohrer2 1 Thermo Fisher Scientific, Bangkok, Thailand; 2Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA USA Appli cat i on N ote 1 0 5 3 Determination of Dissolved Manganese in Lithium/Manganese Oxide Battery Electrolyte Key Words…
Klíčová slova
manganese, manganesesimulated, simulatedelectrolyte, electrolytesample, samplerfic, rficdissolved, dissolvedlithium, lithiumsuppressed, suppressedcarbonate, carbonateethylene, ethylenemixture, mixturedivalent, divalentdionex, dionexconductivity, conductivitymsa
Analysis of common lithium salts, trace additives, and contaminants in lithium-ion battery electrolytes by ion chromatography-mass spectrometry
2024|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note | 003262 Industrial Analysis of common lithium salts, trace additives, and contaminants in lithium-ion battery electrolytes by ion chromatography-mass spectrometry Authors Introduction Yukiko Kawahara, Detlef Jensen, Understanding the electrolyte composition of batteries is pivotal in achieving enhanced Neil…
Klíčová slova
lithium, lithiumtfsi, tfsifsi, fsioxalate, oxalatefluoride, fluorideperchlorate, perchloratephosphate, phosphatenitrate, nitrateformate, formatelibob, libobeluent, eluentelectrolyte, electrolytechloride, chlorideacetate, acetatesodium
Industrial Ion Chromatography application note compendium
2020|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Table of contents Overview Chemicals Materials Batteries Electronics Oil and Gas Biofuels Power Industrial Ion Chromatography application note compendium Industrial application note compendium Table of contents Materials There is a broad range of industrial applications that are ideally suited for…
Klíčová slova
biofuels, biofuelsbatteries, batterieselectronics, electronicsanions, anionscic, cicpower, poweroil, oilamines, aminescontents, contentschemicals, chemicalstrace, traceoverview, overviewtable, tablematerials, materialssulfuric