Analysis of the Decomposition Products of Lithium Hexafluorophosphate in the Electrolytic Solution of Lithium-Ion Rechargeable Batteries by Column - Switching Ion Chromatography (Part 2)

Význam tématu

Elektrolyt lithium hexafluorofosfátu (LiPF6) je zásadní složkou v lithium-iontových bateriích. I malý obsah vody ve formuli vede k hydrolýze LiPF6 a vzniku fluoridových a fosfátových rozkladných produktů, které ovlivňují životnost, výkon a bezpečnost článku.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikace je představit analýzu rozkladných produktů LiPF6 ve formuli baterií po urychleném stárnutí. Studie demonstruje použití column-switching iontové chromatografie pro oddělení a kvantifikaci fluoridového iontu (F–), monofluorofosfátového iontu (PO3F–) a identifikaci difluorofosfátového iontu (PO2F2–).

Použitá instrumentace

• Column-switching systém s dvěma kolonkami Shim-pack IC-SA2 (10×4,6 mm a 250×4,0 mm)
• Dva čerpadla s mobile phase: 12 mmol/L NaHCO3 a 0,6 mmol/L Na2CO3
• Autosampler s objemem 10 μL
• 6-portový ventil pro přepínání kolonek
• Suppressor CDD-10ASP a vodivostní detekce při 30 °C

Použitá metodika

Column-switching umožňuje nejprve zachytit silně retencovaný PF6– na kolonce (1) a poslat rozkladné produkty na kolonku (2). Po přepnutí ventilu se PF6– vypouští do odpadu a analyty se rychle separují. Pro standardní roztoky (F– 1 mg/L, PO3F– 10 mg/L) i vzorky elektrolytu se provádí 1:100 ředění vodou, filtrace a následná chromatografie za konstantního průtoku 1,0 mL/min.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza standardní směsi potvrdila rozlišení F– a PO3F– v jednom cyklu do 10 minut. U nového elektrolytu se detekoval nízký signál F– a PO2F2–. Po urychleném stárnutí (cyklické nabíjení/vybíjení při 0,1–0,5C, vystavení 60 °C) výrazně narostly koncentrace F– a PO2F2–, což koreluje se ztrátou kapacity článku.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a citlivá detekce rozkladných iontů v elektrolytu
• Sledování kvality a životnosti baterií v QA/QC i výzkumu
• Možnost testovat nové formulace elektrolytů a aditiv

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrované on-line monitorování v provozu baterií
• Kombinace s hmotnostní spektrometrií pro strukturní identifikaci
• Miniaturizace a automatizace pro vysokoprůchodové testování
• Analýza nových solí a směsí elektrolytů pro vyšší výkon a bezpečnost

Závěr

Column-switching iontová chromatografie nabízí efektivní způsob separace a kvantifikace rozkladných produktů LiPF6 v elektrolytech lithium-iontových baterií. Metoda přináší rychlé a spolehlivé výsledky, podporuje zlepšení formulací a monitorování stavu baterií.

Reference

• Shimadzu Application News L429, First Edition January 2012