Identification for Anion in Electrolyte of Lithium Battery Using Ion Chromatography – Quadrupole -Time of Flight Mass Spectrometry
Postery | 2023 | Agilent Technologies | ASMSInstrumentace
Elektrolyt lithium-iontových baterií je klíčovou součástí zajišťující transport lithiových iontů mezi elektrodami. Obsahuje sadu silně polárních aniontů, jejichž kvalita a stabilita významně ovlivňují výkon a životnost baterií. Spolehlivá identifikace a kvantifikace těchto aniontů přispívá k lepšímu pochopení degradace elektrolytu a optimalizaci formulací pro vyšší bezpečnost a účinnost.
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit kombinovanou analytickou metodu spojující iontovou chromatografii a vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii k identifikaci hlavních aniontů v lithium-iontovém elektrolytu. Autoři usilovali o dosažení úplné separace silně polárních aniontů a přesné kvalitativní analýzy neznámých složek.
Vzorky elektrolytu byly ředěny acetonitrilem a filtrovány před přímou injekcí do chromatografu. Pro separaci aniontů se použila směs 3,2 mmol/l Na2CO3 a 1,0 mmol/l NaHCO3 s 40 % acetonitrilu jako organického modifikátoru. Aniontová kolona Metrosep A supp 5–250/4.0 pracovala při teplotě 30 °C a průtoku 0,5 ml/min. Eluát byl po potlačení iontovým supresorem nasměrován ke konduktometrickému detektoru a současně k MS.
Metoda umožnila oddělení a identifikaci šesti aniontů do 45 minut. Byly určeny anionty: fluorid, difluorofosfát, tetrafluoroborát, hexafluorofosfát, bisfluorosulfonimid a oxalát. Díky organickému modifikátoru a vysokokapacitní koloně se podařilo minimalizovat silné retence a dosáhnout rozlišení nad 1,5. Vysokorozlišovací MS poskytla přesnou hmotnost s odchylkou do 0,1 ppm a MS/MS fragmentační vzory potvrdily strukturní charakteristiky bisfluorosulfonimidu a ostatních aniontů. Analýza oxalátu naznačila hydrolytické štěpení lithium difluoromonoxalátoborátu za vzniku oxalové kyseliny.
Metoda může být rozšířena na studium dalších bateriových systémů a polymerních elektrolytů. Integrace s online elektrochemickou buněkou umožní dynamické sledování procesů během cyklování baterie. Další zlepšení může zahrnovat vpichování reagentů pro cílenou fragmentaci a kvantitativní analýzu stopových levelů.
Kombinace iontové chromatografie a Q-TOF MS se ukázala jako efektivní přístup pro kvalitativní analýzu hlavních aniontů v lithium-iontových bateriových elektrolytech. Metoda řeší obtížnou retenci silně polárních aniontů a umožňuje spolehlivou identifikaci neznámých komponent s vysokou přesností.
1 Sandra Zugmann, Dominik Moosbauer a kol. Electrochemical characterization of electrolytes for lithium-ion batteries based on lithium difluoromono(oxalato)borate. Journal of Power Sources, 2011, 196: 1417-1424.
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Elektrolyt lithium-iontových baterií je klíčovou součástí zajišťující transport lithiových iontů mezi elektrodami. Obsahuje sadu silně polárních aniontů, jejichž kvalita a stabilita významně ovlivňují výkon a životnost baterií. Spolehlivá identifikace a kvantifikace těchto aniontů přispívá k lepšímu pochopení degradace elektrolytu a optimalizaci formulací pro vyšší bezpečnost a účinnost.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit kombinovanou analytickou metodu spojující iontovou chromatografii a vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii k identifikaci hlavních aniontů v lithium-iontovém elektrolytu. Autoři usilovali o dosažení úplné separace silně polárních aniontů a přesné kvalitativní analýzy neznámých složek.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky elektrolytu byly ředěny acetonitrilem a filtrovány před přímou injekcí do chromatografu. Pro separaci aniontů se použila směs 3,2 mmol/l Na2CO3 a 1,0 mmol/l NaHCO3 s 40 % acetonitrilu jako organického modifikátoru. Aniontová kolona Metrosep A supp 5–250/4.0 pracovala při teplotě 30 °C a průtoku 0,5 ml/min. Eluát byl po potlačení iontovým supresorem nasměrován ke konduktometrickému detektoru a současně k MS.
Použitá instrumentace
- Iontová chromatografie Metrohm 930
- Analytická kolona Metrosep A supp 5–250/4.0
- Quadrupole-Time of Flight hmotnostní spektrometrie Agilent 6546
Hlavní výsledky a diskuse
Metoda umožnila oddělení a identifikaci šesti aniontů do 45 minut. Byly určeny anionty: fluorid, difluorofosfát, tetrafluoroborát, hexafluorofosfát, bisfluorosulfonimid a oxalát. Díky organickému modifikátoru a vysokokapacitní koloně se podařilo minimalizovat silné retence a dosáhnout rozlišení nad 1,5. Vysokorozlišovací MS poskytla přesnou hmotnost s odchylkou do 0,1 ppm a MS/MS fragmentační vzory potvrdily strukturní charakteristiky bisfluorosulfonimidu a ostatních aniontů. Analýza oxalátu naznačila hydrolytické štěpení lithium difluoromonoxalátoborátu za vzniku oxalové kyseliny.
Přínosy a praktické využití metody
- Spolehlivá separace silně polárních aniontů bez dlouhé retence
- Přesná identifikace a potlačení zásadních neznámých složek elektrolytu
- Možnost sledování degradace elektrolytu a optimalizace složení
Budoucí trendy a možnosti využití
Metoda může být rozšířena na studium dalších bateriových systémů a polymerních elektrolytů. Integrace s online elektrochemickou buněkou umožní dynamické sledování procesů během cyklování baterie. Další zlepšení může zahrnovat vpichování reagentů pro cílenou fragmentaci a kvantitativní analýzu stopových levelů.
Závěr
Kombinace iontové chromatografie a Q-TOF MS se ukázala jako efektivní přístup pro kvalitativní analýzu hlavních aniontů v lithium-iontových bateriových elektrolytech. Metoda řeší obtížnou retenci silně polárních aniontů a umožňuje spolehlivou identifikaci neznámých komponent s vysokou přesností.
Reference
1 Sandra Zugmann, Dominik Moosbauer a kol. Electrochemical characterization of electrolytes for lithium-ion batteries based on lithium difluoromono(oxalato)borate. Journal of Power Sources, 2011, 196: 1417-1424.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analysis of Main Components of Lithium Salts in Lithium-Ion Battery Electrolytes Using Ion Chromatography-Quadrupole Time-of-Flight High-Resolution Mass Spectrometry
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Energy and Chemicals Analysis of Main Components of Lithium Salts in Lithium-Ion Battery Electrolytes Using Ion Chromatography-Quadrupole Time-of-Flight High-Resolution Mass Spectrometry Authors Zhihui Lin, Haiyang Wang, Jianzhong Li, and Peibin Hu Agilent Technologies, China Mianfeng Zhao Metrohm China…
Klíčová slova
lithium, lithiumion, ionelectrolyte, electrolytecomponents, componentsbattery, batteryelectrolytes, electrolytessuppressor, suppressormass, massdegradation, degradationunknown, unknownanions, anionssalts, saltsoxalate, oxalateanion, anionsalt
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
Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production
2023|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application update | 002026 Battery solutions Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production Author Goal Hua Yang, Jeffrey Rohrer, Thermo Fisher To update the application that determined tetrafluoroborate, perchlorate, and Scientific, Sunnyvale, CA,…
Klíčová slova
hexafluorophosphate, hexafluorophosphatekoh, kohdionex, dionextetrafluoroborate, tetrafluoroboratebattery, batterylithium, lithiumelectrolyte, electrolyteegc, egcperchlorate, perchlorateatc, atccartridge, cartridgesimulated, simulatedsample, samplemin, minspiked
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