熟悉电池产业链的技术人员都知道,一块锂电池从生产质量控制,到成品的安全测试,再到电池的性能研发等等环节,都离不开分析仪器的加持。
锂离子电池产业链
锂离子电池产业链上游
在产业链上游,原材料及产品质量的控制工作,都需要借助分析仪器。主要针对锂电池的正负极材料、电解液、隔膜等原材料进行检测,其中包括鉴别实验、理化性能、电化学性能分析、化学成分分析等项目。
金属杂质、磁性杂质分析 (AA、ICP-OES、ICP-MS)
SO42-、Cl- 等阴离子及 Si 等非金属元素分析 (UV-Vis)
电解液等原材料鉴别 (FTIR)
石墨类负极材料有机物含量测试 (GC/MS)
电解液(包括添加剂)成分分析、溶剂组分含量测定 (GC、GC/MS)
锂离子电池产业链中游
到了产业链中游,电池的产品性能及安全性能的研发工作,也同样需要采用各种分析仪器(如原子光谱,分子光谱,色质谱等)对电池各部分进行多项理化指标的分析,以便改进锂电池的产品安全性能、循环寿命、功率密度、能量密度等关键指标。
锂电池材料元素分析
正极材料、负极材料、电解液和隔膜,是锂离子电池的四种关键材料,它们的性能、质量,直接影响着电池的能量密度、安全性、循环寿命等。其中正极材料是最受关注的,因为它决定了锂离子电池的能量密度。正极材料的元素配比和杂质控制,也是产品生产过程中重要的环节,而负极材料和电解液杂质含量,对电池产品的安全性能有着重要影响。
电感耦合等离子体发射光谱仪( ICP-OES )由于具有更好的复杂基体耐受能力、更快的分析速度和更宽的线性动态范围,已成为了锂电生产的标配。
众所周知,锂离子电池材料组成极其复杂,通常含大量无机盐类、极易电离元素,甚至含有有机物或氢氟酸等成分。大量复杂的基体,会对 ICP-OES 元素分析带来大量物理干扰或光谱干扰,对仪器复杂基体耐受性能和抗干扰性,有非常严格的要求。常规 ICP-OES 在测定时常会出现数据不稳定、炬管经常性堵塞导致等离子体经常熄灭等问题。
安捷伦明星产品 Agilent 5800 ICP-OES 系列垂直双向观测 ICP-OES 系统,结合 CCI 冷锥接口专利技术,拥有超高的复杂基体耐受性和抗干扰性,能够轻松应对复杂基体样品的分析,是锂离子电池中元素分析的理想仪器。
Agilent 5800 ICP-OES
电池鼓胀气体成分分析 (GC、微型 GC) >>>
评估锂离子电池的性能老化状况时,需要分析电池衰退过程中产生的气体。电池循环中因电解液与正负极接触等原因发生化学反应,产生气体,导致电池胀气,有很大安全隐患。通常采用气相色谱仪 (GC) 分析气体成分。
锂电池爆炸事故后的手机
Agilent 990 微型气相色谱仪
实际电池样品鼓胀气体分析色谱图
电解液、添加剂成分分析 (GC、GC/MS) >>>
电解液中酯类化合物的组成和含量对电池循环性能至关重要。电池采用的有机电解液添加剂,具有用量少、成本低,但可显著提高电池多方面性能的优良特点。添加剂组分含量在保证工作电压稳定,和电池高低温性能方面起到重要作用,通常采用 GC、GC/MS 来进行分析。
对于循环实验中产生的微量未知成分,推荐选择 GC/Q-TOF 或 LC/Q-TOF 进行分析。
Agilent 6545 LC/Q-TOF
Agilent 7250 GC/Q-TOF
在对废旧锂离子电池进行回收再利用过程中,需要利用原子光谱类分析仪器对有价值金属元素进行定量分析 >>>
有价值金属元素(Ni、Co、Mn、Li 等)的含量分析 (AA、ICP-OES)。
安捷伦锂电池行业解决方案
安捷伦推出的锂电池产业链分析解决方案,覆盖了锂电池产业链中,质控和研发等各个环节,包括锂电池生产管理及锂电材料(正极材料、负极材料、隔膜、 电解液等)质控,锂电池安全性能、循环寿命、功率密度、能量密度、等关键指标的研究,以及锂电池的回收和资源化利用,锂电池回收和循环利用过程中,提取价值金属元素等领域。安捷伦以上一系列高基体耐受和抗干扰的方案,为锂电相关基体复杂材料分析和研究,提供稳定准确的数据支撑。
