Improving Battery Production Yield, Performance, and Stability Using FTIR

Význam tématu

V kontextu rychlé elektrifikace dopravy a rostoucích nároků na kvalitu a bezpečnost lithium-iontových článků je klíčové monitorovat stabilitu vysoce reaktivní soli LiPF6, která dekompozicí uvolňuje toxický HF a zkracuje životnost baterií.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo navrhnout jednoduchý, rychlý a nedeštruktivní QA/QC postup založený na FTIR spektrální analýze pro hodnocení kvality a degradace LiPF6 v různých provozních podmínkách a usnadnit rozhodování v produkčním prostředí.

Použitá metodika a instrumentace

• Instrumentace: Agilent Cary 630 FTIR spektrometr s diamantovým ATR modułem a software MicroLab FTIR pro správu spektrálních knihoven.
• Metoda: vyhledávání v uživatelské knihovně solí (similarity algoritmus).
• Spekt­rálné parametry: rozsah 4000–650 cm⁻¹, 32 skenů, rozlišení 4 cm⁻¹, apodizace HappGenzel, fázová korekce Mertz, bez zero fill.
• Výsledky: hodnoty HQI s barevným kódováním (zelená > 0,95, oranžová 0,90–0,95, červená < 0,90).
• Vzorky: tři lahve LiPF6 – nová, po 8 měsících uzavřená a po 8 měsících vystavená vzduchu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Vzorek 1 (nová lahev, glovebox): HQI 0,99392 (zelená).
• Vzorek 2 (otevřená 8 měsíců, glovebox): HQI 0,91365 (oranžová).
• Vzorek 3 (otevřená 8 měsíců, vzduch): HQI 0,79151 (červená), s postupnou změnou absorpčního pásu kolem 803 cm⁻¹ v průběhu 10 min měření.

Přínosy a praktické využití metody

FTIR-ATR s HQI nabízí rychlé nedeštruktivní ověření identity, kvantifikaci degradace a snadné využití přímo na výrobních linkách nebo v gloveboxech, čímž se snižuje riziko selhání a zlepšuje efektivita QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektrálních knihoven a využití pokročilých algoritmů strojového učení pro automatizovanou analýzu.
• Integrace inline monitoringu přímo ve výrobních procesech.
• Propojení s digitálními platformami pro sledování kvality v reálném čase.
• Rozšíření metody na další citlivé materiály v bateriových článcích.

Závěr

Navržený FTIR-ATR postup s barevným vyhodnocením HQI se ukázal jako efektivní nástroj pro kontrolu kvality a degradace LiPF6, podporuje rychlé rozhodování v průmyslovém prostředí a zvyšuje bezpečnost a spolehlivost baterií.

Reference

• Larsson F. a kol. Toxic Fluoride Gas Emissions from Lithium-Ion Battery Fires. Sci. Rep. 2017, 7(1), 10018.
• Han J.Y., Jung S. Thermal Stability and the Effect of Water on Hydrogen Fluoride Generation in Lithium-Ion Battery Electrolytes Containing LiPF6. Batteries 2022, 8(7), 61.
• Juba B.W. a kol. Lessons Learned—Fluoride Exposure and Response. J. Chem. Health Saf. 2021, 28(2).
• Kraft V. a kol. Ion Chromatography Electrospray Ionization Mass Spectrometry Method Development and Investigation of Lithium Hexafluorophosphate-Based Organic Electrolytes and Their Thermal Decomposition Products. J. Chromatogr. A 2014, 1354, 92–100.