Analysis of common lithium salts, trace additives, and contaminants in lithium-ion battery electrolytes by ion chromatography-mass spectrometry
Aplikace | 2024 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Elektrolytické roztoky v Li-iontových bateriích definují jejich výkon, bezpečnost a životnost. Přesné stanovení hlavních solí lithia, přidaných aditiv a nízkokoncentrovaných kontaminantů je nezbytné pro optimalizaci výroby, řízení kvality a výzkum nových materiálů.
Tato aplikace popisuje novou analytickou metodu kombinující iontovou chromatografii s následnou hmotnostní spektrometrií (IC-MS). Cílem je rychle a citlivě kvantifikovat běžné lithné soli (LiPF6, LiTFSI aj.), aniontová aditiva a vedlejší produkty degradace v komplexních organických elektrolytech.
Organický eluent založený na 45 mM Na2CO3/25 mM NaHCO3 s gradientní modifikací acetonitrilu zkrátil analýzu na méně než 40 min. Kolony byly temperovány na 40 °C, průtok nastaven na 0,25 mL/min a injekce 5 µL. V režimu vakua CRD 300 kontinuálně odstraňoval CO2, čímž se minimalizoval šum pozadí. Použit byl přepínatelný diverter ventil pro směřování eluátu buď do MS nebo do recyklačního režimu supresoru.
Navržená metoda IC-MS poskytuje robustní, citlivé a rychlé řešení pro komplexní analýzu lithio-iontových elektrolytů. Kombinace vodičové detekce a MS zaručuje přesnou kvantifikaci řady solí a aniontů v jednom analytickém běhu, což přispívá k lepšímu porozumění vzorců degradace a kvalitě elektrolytu.
LC/MS, LC/SQ
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Elektrolytické roztoky v Li-iontových bateriích definují jejich výkon, bezpečnost a životnost. Přesné stanovení hlavních solí lithia, přidaných aditiv a nízkokoncentrovaných kontaminantů je nezbytné pro optimalizaci výroby, řízení kvality a výzkum nových materiálů.
Cíle a přehled studie / článku
Tato aplikace popisuje novou analytickou metodu kombinující iontovou chromatografii s následnou hmotnostní spektrometrií (IC-MS). Cílem je rychle a citlivě kvantifikovat běžné lithné soli (LiPF6, LiTFSI aj.), aniontová aditiva a vedlejší produkty degradace v komplexních organických elektrolytech.
Použitá instrumentace
- Dionex ICS-6000 HPIC systém s DP/SP gradientním čerpadlem a degazací
- CD vodivostní detektor s Dionex ADRS 600 dynamicky regenerovaným supresorem
- Dionex CRD 300 zařízení pro vakuum odstraňování karbonátu
- ISQ EC Single Quadrupole hmotový spektrometr s ESI v režimu negative mode
- Kolony: Thermo Scientific Dionex IonPac AS23 (Analytical 2×250 mm) a AG23 (Guard 2×50 mm)
Použitá metodika
Organický eluent založený na 45 mM Na2CO3/25 mM NaHCO3 s gradientní modifikací acetonitrilu zkrátil analýzu na méně než 40 min. Kolony byly temperovány na 40 °C, průtok nastaven na 0,25 mL/min a injekce 5 µL. V režimu vakua CRD 300 kontinuálně odstraňoval CO2, čímž se minimalizoval šum pozadí. Použit byl přepínatelný diverter ventil pro směřování eluátu buď do MS nebo do recyklačního režimu supresoru.
Hlavní výsledky a diskuse
- Optimální separace 15 analyzovaných složek (fluorid, acetát, formiát, chlorid, PO2F2−, nitrát, fosfát, PO3F2−, síran, BF4−, oxalát, perchlorát, PF6−, TFSI−, FSI−) prokázána v jedné chromatografické separaci s dvojí detekcí.
- LOD a LOQ v rozmezí od desetinek do stovek µg/L v závislosti na komponentě.
- Kalibrace pro CD a MS poskytly koeficient r2 ≥ 0,996.
- Testy simulovaných vzorků ukázaly recovery 60–142 %, přičemž vyšší hodnoty pro fluorid a PO3F2− indikují částečnou hydrolýzu solí jako LiPO2F2 při vyšším pH.
- Ukázalo se, že použití alkalického eluentu s KOH vede ke značné hydrolýze PO2F2− na PO3F2− a F−, čehož se vyvaruje karbonátový eluent nižším pH.
- Metoda odhalila hydrolýzu dalších lithných solí (LiODFB, LiBOB), která vede ke vzniku oxalátu a BF4−.
Přínosy a praktické využití metody
- Rychlá a všestranná analýza hlavních složek a kontaminantů v lithium-iontových elektrolytech.
- Vhodné pro vývoj nových elektrolytů, optimalizaci procesů výroby a kontrolu kvality.
- Metoda minimalizuje údržbu MS pomocí vakuového odstraňování karbonátů a diverter ventilu.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace s vysokorozlišovací MS pro identifikaci neznámých degradačních produktů.
- Automatizované workflow pro sériové vyhodnocení vzorků v průmyslové výrobě.
- On-line monitorování elektrolytů během výroby a recyklace baterií.
Závěr
Navržená metoda IC-MS poskytuje robustní, citlivé a rychlé řešení pro komplexní analýzu lithio-iontových elektrolytů. Kombinace vodičové detekce a MS zaručuje přesnou kvantifikaci řady solí a aniontů v jednom analytickém běhu, což přispívá k lepšímu porozumění vzorců degradace a kvalitě elektrolytu.
Reference
- Thermo Fisher Scientific. Application Update 002026: Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production, 2018.
- Li L.; Weixia L.; Chen J.; Zhu C.; Sydorov D.; Zhang Q.; Zhong S. Lithium difluorophosphate (LiPO2F2): An electrolyte additive to help boost low-temperature behaviors for lithium-ion batteries. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5(9), 11900–11914.
- Wang A.; Wang L.; Liang H.; Song Y.; He Y.; Wu Y.; Ren D.; Zhang B.; He X. Lithium difluorophosphate as a widely applicable additive to boost lithium‐ion batteries: A perspective. Adv. Funct. Mater. 2023, 33(8).
- Thermo Fisher Scientific. Dionex Vacuum Pump installation instructions. Man-065186; 2020.
- Thermo Fisher Scientific. Product Manual: Carbonate Removal Device CRD 300; 2019.
- Thermo Fisher Scientific. Product Specifications 70690: Dionex eluent suppressors for IC; 2017.
- ICH Q2(R1). Validation of Analytical Procedures: Text and Methodology. 2006.
- Clark H. R.; Jones M. M. Acid and Metal Salt Catalyzed Hydrolyses of PO2F2− and PO3F2−. Inorg. Chem. 1971, 10, 28–33.
- Ryss I. G.; Tul’chinskii V. B. Sodium Difluorophosphate. Russ. J. Inorg. Chem. 1962, 7(6), 677.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
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
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
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 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