Quick and Easy Material Identification of Solvents Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR

Quick and Easy Material Identification of Solvents Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR

Význam tématu

Elektrolyt hraje klíčovou roli v provozu lithium-iontových baterií (LIB), protože zprostředkovává přenos iontů mezi elektrodami a ovlivňuje kapacitu, životnost i bezpečnost baterií. Rychlé ověření kvality surovin, zejména elektrolytových rozpouštědel, je zásadní pro výrobce i výzkumná a vývojová pracoviště. FTIR spektroskopie s ATR nám nabízí neinvazivní a bezúpravovou metodu pro spolehlivou identifikaci běžně používaných LIB rozpouštědel.

Cíle a přehled studie

• Vytvoření referenční spektrální knihovny pro hlavní LIB elektrolytová rozpouštědla (EC, DMC, EMC, EA).
• Ověření rychlé a snadné identifikace čtyř „neznámých“ vzorků pomocí FTIR–ATR spektrometru Agilent Cary 630 a softwaru MicroLab.
• Demonstrace jednoduchosti workflows pro QA/QC a R&D týmy zaměřené na vylepšení bateriových materiálů.

Použitá metodika a instrumentace

• Instrumentace: dva Agilent Cary 630 FTIR spektrometry s diamantovým ATR modulem.
• Software: Agilent MicroLab pro řízení měření a vyhledávání ve spektrální knihovně.
• Parametry měření:
  
  • Spektrální rozsah: 4 000–650 cm⁻¹
  • Rozlišení: 2 cm⁻¹
  • Liczba scannů: 24 pro vzorek, 10 pro pozadí
  • Apodizace: HappGenzel
  • Algoritmus vyhledávání: Similarity, s barevným kódováním výsledků podle hit quality index (HQI)

Hlavní výsledky a diskuse

• Všechny čtyři „neznámé“ vzorky byly správně identifikovány:
• EMC: HQI 0.99393 a 0.94530
• DMC: HQI 0.97820
• EA: HQI 0.99679
• HQI nad 0.95 (zeleně) znamená vysokou důvěru v identifikaci, hodnoty 0.90–0.95 (žlutě) upozorňují na potřebu doplňujících kontrol.
• Přehledné barevné kódování v softwaru MicroLab eliminuje potřebu složité interpretace spekter a usnadňuje rozhodování.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé QA/QC testy surovin v bateriovém průmyslu bez chemické přípravy vzorků.
• Podpora R&D týmů při vývoji nových elektrolytů a optimalizaci výrobních procesů.
• Snížení rizika chybných dodávek surovin a zrychlení výrobních cyklů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace FTIR–ATR do inline kontrolních systémů ve výrobních linkách LIB.
• Rozšíření knihoven o další přísady a směsi používané ve vyspělých bateriových materiálech.
• Vyvíjení automatizovaných AI-podporovaných analýz pro prediktivní údržbu a optimalizaci kvality.

Závěr

Agilent Cary 630 FTIR spektrometr s ATR modulem a software MicroLab poskytují uživatelsky přívětivý, rychlý a spolehlivý nástroj pro identifikaci LIB rozpouštědel. Metoda usnadňuje QA/QC v průmyslu i podporu R&D činností, přičemž barevné kódování výsledků dává jasnou zpětnou vazbu o kvalitě shody spekter.

Reference

1. Xing J. et al. A Review of Nonaqueous Electrolytes, Binders, and Separators for Lithium-Ion Batteries. Electrochem. Energy Rev. 2022;5:14.
2. Zhang J. et al. Ethers Illume Sodium-Based Battery Chemistry: Uniqueness, Surprise, and Challenges. Adv. Energy Mater. 2018;8:1801361.
3. Zonouz A.F.; Mosallanejad B. Use of Ethyl Acetate for Improving Low-Temperature Performance of Lithium-Ion Battery. Monatsh Chem. 2019;150:1041–1047.