Anions in lithium-ion battery solvents

Význam tématu

Analýza aniontů v N-metylpyrrolidonu (NMP) je klíčová pro zajištění kvality surového i recyklovaného rozpouštědla využívaného při výrobě lithio-iontových baterií. Přítomnost stopových nečistot může ovlivnit elektrochemické vlastnosti elektrolytu, stabilitu a bezpečnost finálních článků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo vyvinout robustní a citlivou metodu pro stanovení aniontů (fluorid, chlorid, nitrit, bromid, dusičnan, fosforečnan, síran) v NMP s limity detekce v řádu μg/L. Studie demonstrovala využití iontové chromatografie se zpracováním pomocí inteligentní prekoncentrace a eliminace matrix (MiPCT-ME).

Použitá metodika

Vzorek 500 µL NMP byl přímo zaveden na prekoncentrační kolonu Metrosep A PCC 2 HC/4.0 v pozici smyčky bez předchozí úpravy. Následně byla kolona očištěna 1,5 mL ultrapure vody a analyty přeneseny na analytickou kolonu Metrosep A Supp 7 – 250/4.0. Použité podmínky:

• Eluent: 3,2 mmol/L Na2CO3 + 1,0 mmol/L NaHCO3
• Teplota kolony: 45 °C
• Průtok: 0,7 mL/min
• Detekce: sekvenční potlačená vodivost
• Objem injekce (prekoncentrace): 500 µL

Použitá instrumentace

• 930 Compact IC Flex s MiPCT-ME
• Metrohm 800 Dosino (dávkovací jednotky pro vzorek a rinsování)
• Kolony Metrosep A Supp 7 – 250/4.0 a Metrosep A PCC 2 HC/4.0

Hlavní výsledky a diskuse

Anionty byly separovány za izokratických podmínek do 34 minut. Vzorky bez ředění vykázaly koncentrace v rozmezí 11–76 µg/L. Po přídavku standardů 30 µg/L bylo dosaženo recovery 90–120 %, což potvrzuje spolehlivost metody i pro velmi nízké koncentrace. Dva časně eluující píky (pravděpodobně acetát a formát) naznačují prostor pro rozšíření metody o další anionty.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální vzorková příprava bez ředění a s rychlým odstraněním matricové interference.
• Limity detekce v řádu μg/L umožňují monitoring stopových nečistot.
• Metoda podporuje kontrolu kvality NMP v průmyslu výroby Li-ion baterií a recyklace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metody na další klastry aniontů (např. organické kyseliny), adaptace pro jiné běžné elektrolytické rozpouštědla (metanol, ethanol, aceton, isopropanol) a integrace s online monitoringem výrobních procesů. Dále je perspektivní využití kombinace s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci neznámých píků.

Závěr

Metoda iontové chromatografie s inteligentní prekoncentrací MiPCT-ME poskytuje spolehlivé a citlivé stanovení aniontů v NMP bez nutnosti rozsáhlé přípravy vzorku. Díky vynikajícím parametrům separace a detekce je vhodná pro rutinní QA/QC v liter-iontovém průmyslu, přispívá ke zvyšování bezpečnosti a životnosti baterií.

Reference

1. Yue, M.; Azam, S.; Zhang, N.; et al. Residual NMP and Its Impacts on Performance of Lithium-Ion Cells. J. Electrochem. Soc. 2024, 171 (5), 050515.
2. The role of NMP in the production process of lithium batteries – Shenyang East Chemical Science-Tech Co., Ltd.
3. Darcel, C. What is NMP Solvent?. Maratek blog, 2024.
4. The Advanced Rechargeable & Lithium Batteries Association. Recommendation about N-Methyl-Pyrrolidone for Authorization, 2017.