Ionenchromatographie mit Säulenschaltung – ein Analytikbeispiel Qualitätskontrolle von Lithium-Ionen-Batterien

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Shimadzu Deutschland GmbH

In Lithium-Ionen-Batterien steckt eine präzise abgestimmte Chemie, so etwa der Elektrolyt auf Basis von Lithiumhexafluorophosphat. Um diesen analytisch zu prüfen, bietet sich die Ionenchromatographie an. Welche Vorteile bietet die Methode und wie läuft eine Messung ab? Dieser Use Case für die Qualitätskontrolle liefert Antworten.

Die Ionenchromatographie (IC) ist eine weit verbreitete analytische Methode und wird nicht nur zur Analyse und Quantifizierung von gelösten Ionen in verschiedenen Arten von Wasser verwendet, sondern gewinnt auch in der Batterieforschung zunehmend an Bedeutung. Insbesondere für die Untersuchung des Elektrolytverfalls in modernen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) spielt diese Technik eine wichtige Rolle. In diesem Artikel wird eine spezielle analytische ionenchromatographische Methode mit Säulenschaltung für Fluorid als Marker für die Qualität in LiPF₆-basierten LIB-Elektrolyten vorgestellt.

Herausfordernde Elektrolytanalytik

Ein wesentlicher Bestandteil der Elektrolytzusammensetzung moderner Lithium-Ionen-Batterien ist eine Mischung des leitfähigen Salzes Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) mit verschiedenen kurzkettigen, linearen, organischen Carbonaten [1]. Die besondere Wirksamkeit dieses Elektrolyts beruht auf seinen ausgeglichenen Eigenschaften. Allerdings zeigt LiPF₆ in Elektrolytlösungen eine hohe chemische und thermische Instabilität, hauptsächlich aufgrund der geringen Wassermenge in der Lösung. Diese führt zur Hydrolyse und verursacht u. a. die Bildung von Fluorwasserstoff sowie anorganischen und organischen Phosphaten [2, 3]. Da auch die entstehenden Fluorid-Ionen die Batterieleistung beeinträchtigen können, ist die Analyse dieser Zersetzungsprodukte ein wichtiger Bestandteil des Qualitätskontrollprozesses [3].