有“鋰”行天下|從原料到回收， 鋰離子電池行業(yè)檢測解決方案

前言

電池支撐著可再生能源發(fā)電的持續(xù)進(jìn)展。根據(jù)功率容量、電荷保持和重量等的不同，我們需要多種多樣的電池類型來適配不同的應(yīng)用場景。

并且需要高純度組件來保證生產(chǎn)安全、高質(zhì)量、性能卓 越且使用壽命更長的電池。但是，在電池壽命周期的所有階段，需要準(zhǔn)確的分析測試解決方案來評(píng)估材料和相關(guān)的化學(xué)品。

電池原材料

采礦公司和化學(xué)品生產(chǎn)商使用電感耦合等離子體質(zhì)譜或發(fā)射光譜（ICP-MS、ICP-OES）來分析元素雜質(zhì)以及對制造成本、安全和環(huán)境的影響。

ICP-OES

- 確定原材料的質(zhì)量。

- 測定鋰、鎳、錳、鈷等元素的組成比例及雜質(zhì)

- 表征和開發(fā)理想電極材料。

ICP-MS

- 量化金屬精礦中的雜質(zhì)。

- 表征充電式電池中使用的稀土元素（REE）的含量，例如鈰、釔、鑭、釹等其他元素。

電解質(zhì)

作為一種導(dǎo)電介質(zhì)，電解質(zhì)在充電時(shí)將離子從正極向負(fù)極轉(zhuǎn)移，并放電時(shí)將離子從負(fù)極向正極轉(zhuǎn)移。關(guān)于電解質(zhì)的研究側(cè)重于功能性電解質(zhì)添加劑、阻燃性和新型電解質(zhì)鹽，包括新型固態(tài)材料等。

ICP-MS、ICP-OES

GC-MS、LC、HYPH

- 分析電解質(zhì)中的元素和化合物雜質(zhì)（ppb和ppt范圍），以量化負(fù)極材料中的雜質(zhì)。

- ICP-MS非常適合高靈敏度檢測（ppb和ppt范圍），量化負(fù)極材料中的雜質(zhì)。

- GC-MS（氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀）是鑒別潛在揮發(fā)性化學(xué)化合物的標(biāo)準(zhǔn)方案。

- LC（液相色譜）法用于進(jìn)一步進(jìn)行成分和純度/雜質(zhì)分析。

- HYPH（聯(lián)用）結(jié)合兩種或更多數(shù)量的技術(shù)了解氣體逸出的概念以及逸出的時(shí)間點(diǎn)。

電池組件生產(chǎn)

鎳、錳和鈷（NMC）的比例決定正極的性能，并Z 終決定電池的性能。其他元素也正在研究中。此外，必須精確定義正極中使用的金屬比例，確保電池質(zhì)量。并且，負(fù)極材料（例如石墨）需要達(dá)到高水平的純度，才能Z 大限度地提高性能。

ICP-OES

- 雜質(zhì)分析和元素分析的選擇方法。

- 表征和開發(fā)Z 佳負(fù)極材料（例如石墨）。

ICP-MS

- 提供用于定量負(fù)極材料（例如銅）中的雜質(zhì)的高靈敏度（ppb和ppt范圍）。

IR、TGA、DSC、HYPH

- 隔膜用于在正極和負(fù)極之間形成可滲透屏障。熔點(diǎn)、結(jié)晶度、厚度、化學(xué)組成和孔隙率等參數(shù)均為隔膜性能的重要指標(biāo)。

- IR可用于鑒別和表征用于隔膜、電池外殼和電池組外殼的先進(jìn)材料

- 粘結(jié)劑用于改善負(fù)極漿料對集流體的附著力，并改善活性物質(zhì)的分散性。

- IR、TGA和DSC均提供有關(guān)粘結(jié)劑的重要信息，例如鑒定和熱特性等。

- 聯(lián)用技術(shù)結(jié)合兩種或更多技術(shù)了解氣體逸出的概念以及逸出的時(shí)間點(diǎn)。

電池組裝

成品電池的生產(chǎn)商采用多種技術(shù)（包括ICP-MS、氣相色譜和熱分析），以確保用于汽車、儲(chǔ)能、電子設(shè)備和醫(yī)療器械行業(yè)的電池組件的性能。

ICP-OES、ICP-MS、GC-MS

- 組裝電池前，確保原材料具有足夠純度。

- 作為電池失效分析一部分的正極材料測試。

- 研究電解液中碳酸鹽的成分和含量，以獲得Z 佳能量密度、循環(huán)壽命和安全性。

- 提供精確結(jié)果以及行業(yè)要求的回收率、線性度和檢測限。

- 可使用熱重分析和熱機(jī)械分析確定受控加熱條件下的熱穩(wěn)定性和分解曲線。

TGA、TMA

- 可使用熱重分析和熱機(jī)械分析確定受控加熱條件下的熱穩(wěn)定性和分解曲線。

回收

電池行業(yè)正在努力提高回收能力，因?yàn)轭A(yù)計(jì)在未來數(shù)十年內(nèi)，退役電池（達(dá)到可重復(fù)使用壽命末期的電池）的數(shù)量將呈指數(shù)級(jí)增長。但是，電池卻很難實(shí)現(xiàn)有效分解，尤其是電動(dòng)汽車（EV）電池，此類電池的設(shè)計(jì)壽命長達(dá)數(shù)年和數(shù)千英里行駛里程。

回收過程中的分析方法

- 基于ICP的方法為測定所有相關(guān)元素（鎳、鈷、錳等）提供Z 佳參數(shù)。

- 原子吸收（AA）光譜、全反射X射線熒光（TXRF）或能量色散X射線（EDX）光譜提供關(guān)于回收廢料的信息。

- 離子色譜（IC）可用于表征廢金屬的陰離子組分，如氟化物，會(huì)阻礙下游回收過程。

- GC和液相色譜（LC）法加上高分辨率質(zhì)譜（HR-MS）可用于鑒定Z 初使用的電解質(zhì)組分，并提供有關(guān)添加劑的信息。

- 紅外線（IR）可鑒定和表征高級(jí)材料，通常用于電池外殼和包裝殼體中的聚合物。

- TGA和差示掃描量熱法（DSC）可用于研究正極和負(fù)極材料（黑色物質(zhì)）的混合物。

- 之后可進(jìn)行基于GC的方法，提供有關(guān)釋放化合物的更多信息。

- 聯(lián)用技術(shù)解決方案（HYPH）結(jié)合多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)逆向工程并能夠更好地了解逸出氣體。常見示例包括TG-MS、IR-MS、TG-GC/MS