Robust and sensitive measurement of trace element impurities in LiPF6 electrolyte solutions using ICP-OES

Aplikace | 2022 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
ICP-OES
Zaměření
Průmysl a chemie
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Elektrolytické roztoky s LiPF6 jsou klíčovou složkou Li-ion baterií používaných v elektronických zařízeních i elektromobilech. Přítomnost stopových kovů či jiných nečistot v elektrolytu může výrazně ovlivnit výkon, životnost i bezpečnost baterie. Spolehlivá a citlivá analýza těchto nečistot je proto nezbytná jak pro kontrolu kvality výroby, tak pro výzkum stárnutí a recyklaci baterií.

Cíle a přehled studie / článku


Cílem studie bylo ověřit možnosti přístroje Thermo Scientific iCAP PRO XP ICP-OES Duo pro rychlou, robustní a citlivou detekci patnácti stopových prvků v LiPF6 elektrolytech. Studie zahrnovala optimalizaci metodiky, ověření detekčních limitů, linearity kalibrace, přesnosti i dlouhodobé stability měření.

Použitá instrumentace


  • Přístroj: Thermo Scientific iCAP PRO XP ICP-OES Duo
  • Režim měření: inteligentní full range (iFR), axiální pozorování plazmatu
  • Vzorkovací systém: Burgener PEEK MiraMist nebulizér, PTFE HF odolná sprchová komora, keramická D-Torch, aluminiový injektor 1,0 mm
  • Parametry plazmatu: RF výkon 1250 W, tok nebulizačního plynu 0,30 L/min, pomocného 0,5 L/min, chladicího 15 L/min
  • Měřící cyklus: doba připravení i promývání 70 s, doba expozice 10 s, tři opakování
  • Software: Qtegra ISDS pro akvizici, zpracování a QC


Hlavní výsledky a diskuse


Byla dosažena citlivost umožňující LOD v řádu µg/L a MDL v desítkách ng/L pro všechny analyzované prvky. Kalibrace v rozsahu 0–1000 µg/L prokázala linearitu s R2 > 0,999. Použití 5 mg/L yttrium jako vnitřního standardu kompenzovalo potlačení signálu v organickém matrix obsahujícím HF, s obnovou 85–90 % i po více než 6 hodinách nepřetržitého měření. Precision spike recoveries oscilovaly mezi 86–103 % (RSD < 5 %), QC standardy se držely v toleranci 80–120 %.

Přínosy a praktické využití metody


  • Detekce stopových kovů na úrovni ppb při krátkém čase analýzy (~3 min/vzorek)
  • Minimální příprava vzorku (ředení v organickém diluentu)
  • Odolnost vůči organickému matrix a přítomnosti HF
  • Vysoká reproducibilita a možnost nepřetržitého provozu (>100 vzorků/den)
  • Vhodné pro rutinní QA/QC i výzkumné aplikace v bateriovém průmyslu


Budoucí trendy a možnosti využití


Metodu lze dále rozšířit o eUV režim pro zvýšení citlivosti v hlubokém UV spektru a širší dynamický rozsah kalibrace. Analytický postup je vhodný i pro studium stařených či recyklovaných elektrolytů, environmentální monitoring a kombinaci s ICP-MS nebo chromatografií pro komplexní profilaci nečistot.

Závěr


Optimalizovaný protokol s iCAP PRO XP ICP-OES Duo dokázal spolehlivě a citlivě kvantifikovat stopové prvky v LiPF6 elektrolytech. Metoda nabízí vysokou přesnost, rychlou návratnost výsledků a dlouhodobou stabilitu, což ji činí ideální pro kontrolu kvality výroby i výzkumné účely.

Reference


  • Pistoia G. Lithium Batteries — new materials, developments and perspectives; Elsevier, 1994.
  • Scrosati B. Insertion Compounds for Lithium Rocking Chair Batteries; VCH, 1993.
  • Wu W. et al. Thermal performance of heat pipe-assisted phase change material based BTMS. Energy Convers. Manag. 2017, 138, 486–492.
  • HGT/4067-2015. Cell liquor of lithium hexafluorophosphate.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Assessing the purity grade of lithium carbonate and lithium hydroxide using ICP-OES
Fast and robust assessment of water quality using ICP-OES
Robust and sensitive determination of multi-elements in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) using ICP-OES
Combining full spectrum read-out and innovative automation capabilities for the robust and fast analysis of major and trace elements in fertilizers using ICP-OES