Qualitative and Quantitative Analysis of Carbonate Organic Solvents in Lithium Battery Electrolysis by LC/Q-TOF

Význam tématu

Organické karbonátové rozpouštědla hrají klíčovou roli v elektrolytech lithiových baterií, kde ovlivňují iontovou vodivost, stabilitu a životnost článků. Jejich přesná identifikace a kvantifikace je nezbytná pro vývoj vysoce výkonných a bezpečných baterií.

Cíle a přehled studie

Tato studie využívá kombinaci UHPLC a kvadrupólového Q-TOF hmotnostního spektrometru pro:

• kvalitativní určení čtyř běžných karbonátových rozpouštědel (EC, PC, DMC, EMC),
• kvantifikaci EC a PC v reálných vzorcích elektrolytu.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky elektrolytu byly zředěny acetonitrilem a filtrovány. Standardní křivky EC a PC byly připraveny v rozmezí 50–2000 ng/mL.

• UHPLC: Agilent 1290 Infinity II s kolonkou InfinityLab Poroshell 120 Bonus-RP (3,0×100 mm, 2,7 µm).
• Mobilní fáze: A – voda + 0,1 % kyselina mravenčí; B – methanol; gradient 0–8 min na 50 % fáze B, 10 min na 100 % B.
• Přítok: 0,4 mL/min, teplota kolony 35 °C, objem injekce 2 µL.
• MS: Agilent 6546 LC/Q-TOF s AJS ESI, pozitivní ionizace, m/z 20–1000, fragmentor 70 V, zdrojové plyny 8–12 L/min.

Hlavní výsledky a diskuse

Kvalitativní analýza pomocí vyhledávání v PCDL databázi a MSC softwaru potvrdila přítomnost EC, PC, DMC a EMC s vysokým skóre shody (>90 %). Kvantitativní měření EC a PC vykázalo v rozsahu 50–2000 ng/mL výbornou linearitu (R2 > 0,99). V třech testovaných vzorcích byly koncentrace EC přibližně 2–5× vyšší než PC, což má přímý dopad na optimalizaci složení elektrolytu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a spolehlivá identifikace a kvantifikace klíčových elektrolytických složek.
• Vysoká selektivita a citlivost díky vysokému rozlišení Q-TOF.
• Možnost nasazení v rutině vývojových a kontrolních laboratoří baterií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na další typy elektrolytů a přísad.
• Integrace iontové mobility ke zlepšení separace izomerů.
• Online monitorování složení elektrolytu během výroby a provozu baterií.
• Využití strojového učení pro pokročilou analýzu dat a predikci stabilních složení.

Závěr

Použití UHPLC/Q-TOF umožnilo přesnou identifikaci a kvantifikaci hlavních karbonátových rozpouštědel v lithiových bateriích. Metoda prokázala vysokou spolehlivost a je vhodná pro výzkum, vývoj i kontrolu kvality elektrolytů.