使用红外光谱仪提高电池产量、性能和 稳定性

前言：随着全球交通领域朝着电气化快速发展，电动汽车 (EV) 电池制造商在提高生产力、产品质量、性能和安全性方面，面临巨大压力。这些挑战要求对使用前的各种原材料、生产过程中的加工材料和最终产品进行严格的质量控制 (QC)。一些用于制造锂离子电池 (LIBs) 的材料具有高反应性。例如，六氟磷酸锂 (LiPF6) 是市售可充电 LIBs 的电解质中使用广泛的盐，它反应性高，可分解成 LiF 和 PF5。当 PF5 暴露在潮湿环境中时，会与水反应形成 POF3和氟化氢 (HF)，后者是一种剧毒、腐蚀性气体[1–4]。这些特性会带来极大的安全危害，并且会加速电池的衰减，甚至导致失效。

FTIR红外光谱仪可对多种材料和物质进行快速、无损的化学指纹图谱分析。为了确保电池级 LiPF6 在使用前的质量，可使用专为生产环境设计的可靠 FTIR 系统执行简单的 QA/QC 工作流程。Agilent Cary 630 FTIR 光谱仪配备钻石衰减全反射 (ATR) 附件（图 1），可根据从原材料鉴定工作流程中获得的匹配质量指数(HQI) 确保 LiPF6 的完整性（质量）。HQI 值表示所测光谱与谱库谱图的匹配程度。在原材料鉴定和确认工作流程中，HQI 通常用作合格/不合格标准（图 2）。使用 Agilent MicroLab FTIR 软件可以轻松创建、维护并管理谱库。

结果与讨论样品 1（新瓶）和样品 2（八个月前打开）在手套箱中受控的无水分条件下测量。两个样品均被鉴定为 LiPF6，HQI 值分别为 0.99392 和 0.91365。然而，样品 3（八个月前打开并在空气中测量）也被鉴定为LiPF6，但 HQI 为 0.79151（图 3）。样品 3 的 HQI 明显较低，表明盐在空气中可能发生降解，如在 10 分钟内以 2 分钟间隔采集的六个 FTIR 光谱的变化所示（图 4）。三个 LiPF6 样品获得的 HQI 值与其相应的储存或使用条件密切相关。带颜色标记的结果强调了打开的 LiPF6 容器避免长期储存并且在干燥条件下处理盐的重要性。

结论– Cary 630 FTIR 光谱仪和 MicroLab 软件可通过简单高效的质量检测工作流程评估 LiPF6 的降解状态– 带颜色标记的结果和合格/不合格标准可以轻松设定，从而在制造环境中快速做出明智决策– Cary 630 FTIR 系统小巧、简单、易于使用且在不同环境条件下具有出色稳定性，是实验室台面使用和手套箱内使用的理想选择– 该系统是在湿度受控环境中分析锂盐的理想选择– Cary 630 FTIR 能够快速评估复杂盐类的质量和鉴定结果，因此对于生产 QC 环境和研发实验室而言都是非常有价值的工具