Aiding Lithium Ion Secondary Battery Electrolyte Design via UPLC-MS and APGC-MS Analysis on a Single High-Resolution Mass Spectrometer Platform
Aplikace | 2020 | WatersInstrumentace
Lithium-iontové sekundární baterie hrají klíčovou roli v moderní elektronice, dopravě a energetickém úložišti. Pro zvyšování jejich výkonu, životnosti a bezpečnosti je nezbytné detailně rozumět chemickým procesům v elektrolytu během nabíjecích a vybíjecích cyklů. Analýza rozkladu přísad a vzniku nežádoucích vedlejších produktů pomáhá optimalizovat složení elektrolytu a řídit vývoj pokročilých bateriových systémů.
Cílem studie bylo předvést protokol umožňující komplexní analýzu elektrolytických roztoků baterií po různém počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů. Použití jednoho vysokorozlišovacího hmotnostního spektrometru Waters Xevo G2-XS QTof s duálním vstupem (GC-APGC a UPLC-ESI) a softwarovou platformou UNIFI umožnilo detekovat jak těkavé, tak netěkavé složky bez nutnosti oddělených přístrojů.
Pro stanovení vzorků elektrolytu po 0, 1, 40, 180 a 200 cyklech byly použity tyto přístroje a podmínky:
Duální vstup umožnil zachytit celou škálu sloučenin. PCA ukázala dělení vzorků do skupin podle počtu cyklů. OPLS-DA a s-ploty odhalily marker m/z 131,0336, jehož koncentrace rostla po 40, 180 a 200 cyklech a nebyl přítomen ve výchozím elektrolytu. Použitím UNIFI byla navržena struktura C5H6O4 jako degradační produkt fluoroethylkarbonátu. Korelace izotopového fitu a fragmentační analýza potvrdily návrh.
V dalších studiích lze rozšířit analýzu o cílené metody kvantifikace klíčových produktů degradace, vyvinout rychlé screeningové postupy pro QC výrobních šarží a integrovat výsledky do strojového učení pro predikci životnosti baterií. Dále je perspektivní aplikace přístroje ve výzkumu nových netoxických přísad a recyklaci baterií.
Prokázalo se, že kombinace UPLC-ESI a GC-APGC na jedné platformě Xevo G2-XS QTof spolu s pokročilou softwarovou podporou UNIFI umožňuje detailní a efektivní charakterizaci elektrolytů sekundárních Li-Ion baterií. Odhalení degradačních markerů pomáhá výrobci optimalizovat složení elektrolytu a prodloužit životnost baterie.
GC/API/MS, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Lithium-iontové sekundární baterie hrají klíčovou roli v moderní elektronice, dopravě a energetickém úložišti. Pro zvyšování jejich výkonu, životnosti a bezpečnosti je nezbytné detailně rozumět chemickým procesům v elektrolytu během nabíjecích a vybíjecích cyklů. Analýza rozkladu přísad a vzniku nežádoucích vedlejších produktů pomáhá optimalizovat složení elektrolytu a řídit vývoj pokročilých bateriových systémů.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo předvést protokol umožňující komplexní analýzu elektrolytických roztoků baterií po různém počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů. Použití jednoho vysokorozlišovacího hmotnostního spektrometru Waters Xevo G2-XS QTof s duálním vstupem (GC-APGC a UPLC-ESI) a softwarovou platformou UNIFI umožnilo detekovat jak těkavé, tak netěkavé složky bez nutnosti oddělených přístrojů.
Použitá metodika a instrumentace
Pro stanovení vzorků elektrolytu po 0, 1, 40, 180 a 200 cyklech byly použity tyto přístroje a podmínky:
- Chromatografie GC-APGC: kolona DB-5 MS, helium 1,5 mL/min, teplotní program 60–250 °C
- Chromatografie UPLC-ESI: kolona HSS T3 2,1×100 mm, mobilní fáze voda s 5 mM formiátem amonným a methanol, gradient 95:5→5:95
- Hmotový spektrometr Xevo G2-XS QTof v režimu APGC pro GC a ESI pozitivní pro LC
- Informatika: UNIFI Scientific Information System s workflow pro multivariační analýzu, PCA, OPLS-DA a strukturální eluciaci
Hlavní výsledky a diskuse
Duální vstup umožnil zachytit celou škálu sloučenin. PCA ukázala dělení vzorků do skupin podle počtu cyklů. OPLS-DA a s-ploty odhalily marker m/z 131,0336, jehož koncentrace rostla po 40, 180 a 200 cyklech a nebyl přítomen ve výchozím elektrolytu. Použitím UNIFI byla navržena struktura C5H6O4 jako degradační produkt fluoroethylkarbonátu. Korelace izotopového fitu a fragmentační analýza potvrdily návrh.
Přínosy a praktické využití metody
- Komplexní pokrytí těkavých i netěkavých složek na jednom přístroji šetří čas a náklady.
- Jemnější ionizace APGC zachovává molekulární ionty pro snadnější identifikaci neznámých.
- Automatizované workflow UNIFI zrychluje odhalování klíčových degradačních markerů.
Budoucí trendy a možnosti využití
V dalších studiích lze rozšířit analýzu o cílené metody kvantifikace klíčových produktů degradace, vyvinout rychlé screeningové postupy pro QC výrobních šarží a integrovat výsledky do strojového učení pro predikci životnosti baterií. Dále je perspektivní aplikace přístroje ve výzkumu nových netoxických přísad a recyklaci baterií.
Závěr
Prokázalo se, že kombinace UPLC-ESI a GC-APGC na jedné platformě Xevo G2-XS QTof spolu s pokročilou softwarovou podporou UNIFI umožňuje detailní a efektivní charakterizaci elektrolytů sekundárních Li-Ion baterií. Odhalení degradačních markerů pomáhá výrobci optimalizovat složení elektrolytu a prodloužit životnost baterie.
Reference
- [1] OECD: Financing Climate Futures, 2019.
- [2] UK Parliament: Report on Electric Vehicle Transition, 2019.
- [3] Gür T. M.: Review of Electrical Energy Storage Technologies, Energy Environ. Sci., 2018, 11, 2696–2767.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials
2021|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E088 Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials Multifaceted Solutions for Improving Performance and Quality of Lithium-Ion Secondary Batteries In the field of transport equipment, which long life, and safety must be resolved. Research accounts for approximately 20% of CO…
Klíčová slova
cantilever, cantileverelectrolytic, electrolyticlithium, lithiumdeflection, deflectionbatteries, batteriespiezo, piezoelectrode, electrodeseparators, separatorsxspecia, xspeciaion, ionbattery, batterylipon, liponforce, forcecarbonate, carbonateelectrolytes
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation ─ APPLICATION NOTEBOOK ─
2019|Shimadzu|Příručky
C10G-E079 Analytical and Measuring Instruments for Rechargeable Lithium-ion Batteries Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation ─ APPLICATION NOTEBOOK ─ Title Method Page Investigation of Thermal Properties of Lithium-Ion Battery Components Thermal Analysis 4 Carbon Measurement of Metal Powder Battery Material Total Organic…
Klíčová slova
electrode, electrodelithium, lithiumbattery, batterylipon, liponxps, xpsbatteries, batteriesmonatomic, monatomiccarbon, carbondepth, depthsurface, surfacecooling, coolingelectrolyte, electrolyteorganic, organicimaging, imagingmaterials
Extractables, Leachables, and Food Contact Materials
2018|Agilent Technologies|Příručky
Extractables, Leachables, and Food Contact Materials Application Notebook Extractables, Leachables, and Food Contact Materials Testing The safety of pharmaceuticals, cosmetics, and foodstuffs may be compromised by chemical compounds in the various types of packaging and food contact materials (FCMs) that…
Klíčová slova
packaging, packagingextractables, extractablesmigrants, migrantsunifi, unififood, foodleachables, leachablesuplc, uplcscreening, screeningelucidation, elucidationkitchenware, kitchenwareqtof, qtofmaterials, materialsnon, nonacquity, acquitynias
Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries
2025|Shimadzu|Příručky
C10G-E107 —From Materials to Cells and Modules— Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries For a Future Enabled by Lithium-Ion Batteries Important devices in terms of achieving a carbon-free society, lithium-ion batteries (LiB) have attracted heightened interest in mobility and energy fields,…
Klíčová slova
evaluation, evaluationbattery, batteryproperties, propertieselectrode, electrodemanufacturing, manufacturinglithium, lithiumunits, unitscomponents, componentsphysical, physicalparticle, particlebatteries, batteriesbev, bevthermal, thermalphev, phevinorganic