Major Component and Elemental Impurity Analysis of Lithium-Ion Cathode Materials Using the ICPE-9820

Aplikace | 2025 | ShimadzuInstrumentace
GD/MP/ICP-AES
Zaměření
Průmysl a chemie
Výrobce
Shimadzu

Význam tématu


Lithium-iontové baterie jsou klíčové pro mobilní elektroniku a elektromobilitu díky vysoké hustotě energie a kompaktním rozměrům. Bezpečnost a výkon těchto baterií silně závisí na složení katodových materiálů. Analytická kontrola hlavních prvků i stopových nečistot je proto zásadní pro optimalizaci jejich vlastností a zajištění spolehlivosti.

Cíle a přehled studie


Cílem studie bylo kvantitativně určit obsah hlavních složek (Li, Co, Ni, Mn) a stopových prvků v modelovém katodovém materiálu LiCo0.2Ni0.4Mn0.4O2 pomocí spektrometrie ICP-AES (ICPE-9820). Dále byly hodnoceny analytické parametry: přesnost, opakovatelnost, stabilita a limity detekce.

Použitá metodika a instrumentace


Vzorky se připravovaly: 0,5 g materiálu se rozložilo v mikrovlnné digesci s 2 mL HNO3 a 4 mL HCl při 230 °C po dobu 15 min, následně se doplnilo vodou na 50 mL.

Analýzy hlavních komponent:
  • ředění 1:10 000, vnitřní standard Y (1 mg/L), měření axiálním a radiálním výhledem
  • axiální výhled pro stopové koncentrace, radiální pro vysoké koncentrace

Analýzy stopových prvků:
  • ředění 1:1 000, matrix match standardů přídavkem Li (70 mg/L)
  • výběr optimálních vlnových délek pomocí softwaru ICPEsolution, korekce interferencí

Použitá instrumentace:
  • ICP-AES: Shimadzu ICPE-9820
  • Nebulizér 10UES, cyklónová komora HE, mini-hořák, autosampler AS-10
  • Parametry plazmatu: RF 1,20 kW, plasmatický plyn 10,0 L/min, pomocný 0,60 L/min, nosný 0,70 L/min

Hlavní výsledky a diskuse


Hodnocení hlavních složek ukázalo:
  • koncentrace Li 7,2 mg/L, Co 12,2 mg/L, Ni 24,6 mg/L, Mn 23,0 mg/L odpovídající teoretickým hodnotám
  • long-term stabilita (2,5 h) i denní variabilita (5 dní) RSD < 1 %
  • mod automatického výběru citlivostního režimu zajišťuje široký dynamický rozsah
Stopové prvky:
  • limity detekce v pevných vzorcích v řádu 0,0002 až 0,09 mg/kg
  • obsahy prvků (Al, Ca, Fe, Na, P, Pb, S, Zn apod.) pod nebo blízko standardních limitů YS/T 798-2012
  • spike-recovery v rozsahu 95–106 % potvrzuje validitu metody

Přínosy a praktické využití metody


Metoda umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení hlavních složek i kontaminantů v katodových materiálech lithio-iontových baterií. Nízká spotřeba argonu díky mini-hořáku snižuje provozní náklady. Funkce softwaru pro výběr vlnové délky a interelementární korekce usnadňují analýzu i při silných spektrálních interferencích.

Budoucí trendy a možnosti využití


Další rozvoj se očekává v automatizaci předúpravy vzorků, v kombinaci s hyphenovanými technikami pro molekulární analýzu povrchových vrstev a v integraci online monitoringu výroby katodových materiálů. Pokročilé algoritmy pro zpracování spektrálních dat mohou dále zvýšit přesnost a citlivost stanovení.

Závěr


ICPE-9820 prokázal vysokou přesnost, stabilitu a dostatečnou citlivost pro komplexní analýzu hlavních a stopových prvků v katodových materiálech LIB. Nízké provozní náklady a uživatelsky přívětivé funkce softwaru z něj činí vhodný nástroj pro výzkum i průmyslovou kontrolu kvality.

Reference


  • YS/T 798-2012: Čínská norma pro oxide lithium-nickel-kobalt-mangan, Ministerstvo průmyslu a informačních technologií ČLR

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

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Analysis of Elemental Impurities in Anode Materials for Lithium-Ion Secondary Batteries Using the ICPE- 9820
Elemental Analysis of Intermediate Feedstock Chemicals for Li-Ion Batteries (LIBs) by ICP-OES
Analysis of Elemental Impurities in Lithium Iron Phosphate Cathode Materials for LIBs by ICP-OES
Analysis of Elemental Impurities in Lithium-Ion Secondary Battery Electrolytes Using the ICPE- 9800 Series