Agilent Solutions for Lithium-Ion Battery Industry

Význam tématu

Lithium-iontové baterie představují klíčovou technologii pro mobilní elektroniku, elektromobilitu a ukládání energie díky vysoké specifické energii, dlouhé životnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. S rozvojem trhu s elektromobily a rozšířením systémů akumulace energie vzrůstá potřeba komplexní kontroly kvality surovin, výkonu článků a recyklačních procesů, aby byla zajištěna bezpečnost, spolehlivost a ekonomická efektivita.

Cíle a přehled studie

Text shrnuje přístupy Agilent Technologies pro analytickou podporu celého hodnotového řetězce lithium-iontových baterií. Představuje cíle: ověřit čistotu a složení katodových a anodových materiálů, elektrolytů, separátorů a plynů vznikajících degradací i recyklací, a demonstruje nástroje a metody pro jejich spolehlivé stanovení.

Použitá metodika a instrumentace

• ICP-OES (Agilent 5800/5900) s vertikální tryskou, chlazeným rozhraním (CCI) a algoritmem Fitted Background Correction pro simultánní analýzu makroprvků (Li, Co, Ni) i stopových kovů v náročných matricích.
• ICP-MS (Agilent 7800/7900) využívající High/Ultra-High Matrix Introduction (HMI/UHMI) pro přímé měření vzorků s vysokým obsahem rozpuštěných látek (TDS až 25 %) bez nutnosti výrazného ředění.
• UV-Vis spektrofotometrie (Agilent Cary 60) a FTIR (Agilent Cary 630) pro kvantifikaci aniontů (SO₄²–, Cl–), neorganických nečistot a identifikaci elektrolytu (LiPF₆).
• Micro GC (Agilent 990) pro rychlou měření složení plynů (H₂, CO₂, CO, CH₄, C₂H₄, C₂H₆) vznikajících při zvětšení článků nebo recyklačním procesu.
• GC a GC/MS (Agilent 8890, Intuvo 9000, 5977B MS) s modulárními platformami a MassHunter softwarem pro kvalitativní i kvantitativní analýzu organických rozpouštědel a aditiv elektrolytů.
• LC/Q-TOF (Agilent 6545) a GC/Q-TOF (Agilent 7250) s funkcemi Molecular Feature Extraction (MFE), MS/MS Structure Correlation (MSC) a vlastními databázemi PCDL pro strukturní objasnění známých i neznámých složek v cyklovaných článcích.

Hlavní výsledky a diskuse

Demonstrované metody dosahují vysoké přesnosti a reprodukovatelnosti: ICP-OES vykazuje recovey >90 % u stopových kovů, ICP-MS zajišťuje spolehlivé stanovení v prostředí s vysokým TDS, FTIR i UV-Vis rychle identifikují klíčové anionty a organické složky elektrolytu. Micro GC analyzuje složení plynů během několika minut, což umožňuje včasnou detekci rizikových plynů a optimalizaci bezpečnostních protokolů. Hyphenované techniky s Q-TOF podporují přesnou detekci degradovaných produktů a optimalizaci formulací aditiv.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní pokrytí analytických potřeb od surovinové kontroly až po monitoring recyklace.
• Minimalizace vzorkovacích přeměn a rizika kontaminace díky vysoké robustnosti přístrojů.
• Rychlé časy analýzy a automatizace urychlují vývoj nových materiálů a procesů.
• Vysoká spolehlivost dat podporuje rozhodování v QA/QC i výzkumu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj on-line monitoringu výrobních procesů, integrace umělé inteligence pro analýzu rozsáhlých datových sad a rozšíření multidimenzionálních technik (GC×GC-TOF, LC-MS/MS) pro odhalování dosud neznámých degradovaných produktů. V recyklačním sektoru bude kladen důraz na přesné metrologie vzácných kovů pro cirkulární ekonomiku.

Závěr

Agilent nabízí ucelené instrumentární a softwarové portfolio umožňující robustní, přesné a efektivní analytické řešení pro celý řetězec lithium-iontových baterií. Kombinace špičkových detekčních principů, inteligentních nástrojů pro kontrolu kvality a rozsáhlých databází podporuje vývoj bezpečnějších, výkonnějších a udržitelnějších energetických systémů.

Reference

• GB/T 20252-2014 Lithium Cobalt Oxide
• GB/T 24533-2019 Graphite Negative Electrode Materials for Lithium Ion Battery
• GB/T 30835-2014 Lithium Iron Phosphate-Carbon Composite Cathode Materials for Lithium Ion Battery
• GB/T 30836-2014 Lithium Titanium Oxide and its Carbon Composite Anode Materials for Lithium Ion Battery
• IEC 62321 Determination of Hazardous Substances in Electrotechnical Products