Material Identification of Lithium‑Ion Battery Separators Using FTIR Spectroscopy

Význam tématu

Lithium-iontové baterie se staly klíčovým zdrojem energie pro elektromobily, přenosnou elektroniku a systémy ukládání obnovitelné energie. Separátor je tenká porézní membrána mezi anodou a katodou, která zabraňuje přímému kontaktu elektrod a zároveň umožňuje průchod iontů. Správná identifikace materiálu separátoru je zásadní pro zajištění bezpečnosti, výkonu a životnosti baterií.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit rychlou a přesnou identifikaci materiálů nových i použitých separátorů lithium-iontových baterií pomocí kompaktního FTIR spektrometru Agilent Cary 630 se softwarem MicroLab. Analýza měla prokázat vhodnost této metody pro rutinní kontrolu kvality i výzkumné aplikace.

Použitá metodika

Spektra separátorů byla získána v režimu attenuované total-reflection (ATR) vlnovou délkou v rozsahu 4000–650 cm–1 s rozlišením 4 cm–1 a 32 skeny pro vzorek i pozadí. Pro identifikaci materiálu byl použit algoritmus Similarity v MicroLab softwaru, který porovnává naměřené spektrum s referenčními spektry v uživatelské knihovně polymerů.

Použitá instrumentace

• Agilent Cary 630 FTIR se single reflection diamantovou ATR.
• Software Agilent MicroLab s interní knihovnou polymerních spekter.
• Parametry měření: spektrální rozsah 4000–650 cm–1, 32 skenů, rozlišení 4 cm–1, pozadí vzduch.

Hlavní výsledky a diskuse

Nový separátor byl identifikován jako polypropylen (PP) s HQI 0,94064, což odráží vícevrstvou strukturu a možný výskyt aditiv. Použitý separátor vykázal materiál polyethylen (PE) s HQI 0,92274. Kontaminanty z ostatních komponent mohou ovlivnit hodnotu HQI, což lze vizualizovat v překryvných spektrech. Aktualizace knihovny referenčních spekter umožňuje rychlé zvýšení shody a kvality výsledků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlou, uživatelsky nenáročnou identifikaci materiálů přímo v laboratoři nebo v gloveboxu. Barevné kódování výsledků podle HQI (zelená > 0,90) usnadňuje okamžité rozhodování. FTIR-ATR analýza je vhodná pro QC výrobců baterií i vývoj nových materiálů v R&D odděleních.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možnosti rozšíření zahrnují rozvoj specializovaných knihoven pro aditiva, integraci do automatizovaných výrobních linek a kombinaci s hyphenovanými technikami (např. GC-FTIR) pro detailní charakterizaci složek baterií. Dále lze metodu nasadit pro sledování degradace materiálů během provozu baterií.

Závěr

Studie potvrdila, že Agilent Cary 630 FTIR s MicroLab softwarem představuje rychlý a spolehlivý nástroj pro identifikaci materiálů lithium-iontových separátorů. Umožňuje snadnou správu knihoven, barevné vyhodnocení shody a vysokou opakovatelnost výsledků, což přispívá ke zlepšení QC postupů i výzkumu bateriových materiálů.

Reference

1. Dutta A. Chapter 4 – Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Spectroscopic Methods for Nanomaterials Characterization; Elsevier, 2017, s. 73–93.
2. Alwan W., Babu S., Zieschang F. Quick and Easy Material Identification of Salts Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR; Agilent Technologies application note 5994-6243EN, 2023.
3. Babu S., Alwan W., Zieschang F. Quick and Easy Material Identification of Solvents Used in Lithium-Ion Batteries by FTIR; Agilent Technologies application note 5994-6182EN, 2023.
4. Alwan W., Zieschang F. Advancing Research of Lithium-Ion Batteries Using the Agilent Cary 630 FTIR Spectrometer; Agilent Technologies white paper 5994-6144EN, 2023.