Analysis of Carbonic Esters and Additives in Lithium Ion Battery Electrolytes

Význam tématu

Analýza složení elektrolytů lithiových baterií je klíčovým krokem pro zajištění jejich výkonu a životnosti. Karbonátové estery a přísady v elektrolytu ovlivňují chemickou stabilitu a rychlost nabíjení-vybíjení, proto je nutné je spolehlivě kvantifikovat v nasazení pro elektrická vozidla a stacionární ukládání energie.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat použití plynové chromatografie Shimadzu Brevis GC-2050 vybavené FID detektorem pro rutinní analýzu osmi často používaných karbonátových esterů a přísad. Hlavním přínosem je ukázat vysoké rozlišení, opakovatelnost a kompaktní provedení přístroje.

Použitá metodika a instrumentace

• Přístroj: Brevis GC-2050 s FID detektorem
• Vstřikování: split 30:1, teplota injektoru 250 °C, PTFE stříkačka
• Kolona: SH-I-5MS (30 m × 0,25 mm, film 0,25 μm)
• Teplotní program kolony: 40 °C (3 min), rampou 10 °C/min do 160 °C (5 min)
• Použité plyny: dusík jako nosné plyn (lineární rychlost 25 cm/s), FID makeup plyn N₂ 24 mL/min, H₂ 32 mL/min a vzduch 200 mL/min
• Vzorky: standardy karbonátových esterů a přísad v dichlormethanu (koncentrace 10–500 mg/L) a čtyři komerční elektrolyty

Hlavní výsledky a diskuse

• Chromatografické rozlišení všech osmi komponent prokázalo ostré a dobře oddělené píky s retencemi v rozmezí 2–10 minut.
• Kalibrační křivky ve šesti bodech pro každý analyzovaný ester vykázaly vynikající lineární závislost (R² ≥ 0,999).
• Opakovatelnost vrcholu (n=5) vykázala relativní směrodatnou odchylku mezi 0,8 a 1,7 %.
• Analýza čtyř komerčních vzorků při 1000× ředění ukázala spolehlivou kvantifikaci DMC, EMC, DEC a EC s koncentracemi 278–415 mg/mL.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou a přesnou kvantifikaci karbonátových esterů a přísad v elektrolytech. Kompaktní design přístroje šetří laboratorní prostor a jednoduchá údržba podporuje rutinní kontrolu kvality v průmyslovém i výzkumném prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

S dalším rozvojem lze očekávat:

• Rozšíření škály analyzovaných přísad, včetně fluorovaných a heterocyklických sloučenin
• Integraci GC s hmotnostní spektrometrií pro zlepšenou selektivitu
• Automatizaci přípravy vzorků a on-line monitorování kvality elektrolytů
• Používání ekologičtějších rozpouštědel a nosných plynů s nižším dopadem na životní prostředí

Závěr

Studie potvrdila, že Brevis GC-2050 s FID detektorem nabízí spolehlivou, přesnou a prostorově úspornou platformu pro rutinní analýzu karbonátových esterů a přísad v elektrolytech lithiových baterií. Vysoká linearita, opakovatelnost a robustnost metody podporují její využití v kvalitativní a kvantitativní kontrole.