Comment la XRF se compare à l’ICP pour l’analyse élémentaire des batteries

par Umesh Tiwari, Friday, 10th January 2025

XRF vs ICP : quel est le meilleur choix pour l’analyse élémentaire des batteries ?  

Les batteries sont essentielles à la transition énergétique, mais cela signifie que la pression pour augmenter le taux de production est immense. Pour garantir une qualité constante, les fabricants utilisent l’analyse élémentaire pour surveiller la présence de matériaux comme le nickel, le manganèse et le cobalt (NMC), soit dans les intrants bruts, soit pendant le processus de production.  

Cependant, comment cette analyse peut-elle suivre les cadences accrues exigées par la croissance de l’industrie ? Dans de nombreuses industries, il y a deux choix principaux en matière d’analyse élémentaire : la spectroscopie à plasma à couplage inductif (ICP) ou la fluorescence X (XRF). Lisez la suite pour en savoir plus sur les limitations de l’ICP dans les environnements à grand débit et pourquoi la XRF est une alternative puissante.  

Aperçu : XRF vs ICP 

  • XRF (fluorescence X) : 
    • La XRF est une technique non destructive qui détermine la composition élémentaire d’échantillons solides, liquides ou en poudre. 
    • Ne nécessite pas de calibrations fréquentes, facile à utiliser et à entretenir.
    • Elle est particulièrement efficace pour le contrôle qualité en ligne dans la production de batteries grâce à sa rapidité, sa simplicité et sa capacité à analyser un large éventail d’éléments et de concentrations avec une préparation minimale des échantillons​. 
  • ICP (spectroscopie à plasma à couplage inductif) : 
    • L’ICP est une technique d’analyse élémentaire destructive qui nécessite la dissolution des échantillons dans de l’acide pour l’analyse.
    • L’ICP nécessite des calibrages très fréquents et un flux de gaz comme l’argon.
    • Connue pour sa haute sensibilité et précision, l’ICP est excellente pour les éléments traces. Cependant, le temps nécessaire à la dissolution des échantillons et le soin qu’un opérateur spécialisé doit prendre en manipulant les acides agressifs la rendent inadaptée au contrôle qualité en ligne.  

Pour l’analyse de la composition élémentaire des batteries, la différence clé entre l’ICP et la XRF réside dans leurs exigences respectives de préparation des échantillons. C’est ce qui crée la différence entre la boucle de rétroaction serrée et la facilité d’opération de la XRF, et la boucle de rétroaction plus longue et la nécessité d’un opérateur spécialisé de l’ICP.  

En examinant de plus près les deux techniques, nous pouvons trouver d’autres différences dans trois domaines principaux : la calibration de l’instrument, la vitesse d’analyse et l’automatisation, et l’efficacité économique. 

Les atouts de l’étalonnage des instruments XRF 

La XRF est fondamentalement une technique comparative. Cela signifie que des étalons de calibration sont nécessaires, car l’instrument mesure les échantillons ‘contre’ ces étalons pour tracer les éléments et interpréter même les échantillons inconnus avec précision. Un large étalonnage est généralement préféré, car il permet une analyse précise sur divers types d’échantillons, ce qui est clé pour la fabrication de cathodes de batteries.  

Nous utilisons des matériaux de référence certifiés (CRM) comme étalons de calibration. Cependant, il n’existe qu’un CRM commercial pour le NMC. C’est pourquoi nous avons développé un kit de calibration de matériaux de référence synthétiques produit dans notre installation accréditée ISO au Royaume-Uni. L’avantage de la XRF est qu’une fois un instrument calibré avec de tels étalons, la calibration reste stable pendant des mois voire des années, avec un besoin minimal de correction des dérives ! 

En revanche, l’ICP nécessite souvent des plages de calibration étroites pour améliorer la précision à des niveaux de concentration spécifiques. L’ICP recommande également un recalibrage régulier, souvent hebdomadaire, et des corrections de dérive, ce qui le rend plus exigeant en main-d’œuvre, particulièrement dans les environnements à grand débit.  

La rapidité et l’automatisation de la XRF 

L’ICP exige une préparation d’échantillon étendue et minutieuse en raison de l’utilisation de produits chimiques dangereux comme l’acide sulfurique et l’acide fluorhydrique. En tant que tel, les instruments ICP sont généralement limités à une analyse hors ligne en laboratoire. Malgré sa précision excellente, l’ICP est donc moins adaptée pour une analyse sur site dans un environnement de production que la XRF. 

En effet, les instruments XRF excellent dans l’analyse sur site tant pour la production que le recyclage des batteries. Par exemple, le format de table et le design robuste du Epsilon 4 signifient qu’il peut facilement être installé près de la ligne de processus, et les opérateurs peuvent analyser les échantillons rapidement, simplement et avec une préparation minimale des échantillons.  

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Pour des applications de haute précision, les échantillons peuvent être préparés sous forme de perles fondues via fusion au borate de lithium. La machine de fusion automatique Eagon 2 permet de réaliser ce type de préparation d’échantillons en 30 minutes, ajoutant seulement un faible temps à l’analyse tout en améliorant grandement sa précision. 

Nous avons réalisé une expérience XRF avec des perles fondues utilisant l’analyseur XRF Zetium. Lisez la note d’application ci-dessous pour en savoir plus.  

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Pour les procédés liquides, la XRF peut même être intégrée dans la ligne de production avec l’Epsilon Xflow. Les opérateurs peuvent ainsi obtenir des données en temps réel concernant les effets de leurs paramètres de procédé, aidant ainsi à réduire les déchets et à améliorer la qualité de la production grâce à des décisions basées sur les données.  

XRF : Une solution économique 

La simplicité et la stabilité des calibrations XRF en font un choix économique : l’entretien est requis moins souvent et les instruments ont plus de disponibilité hebdomadaire qu’avec l’ICP. Un des plus grands avantages économiques de la XRF est sa facilité d’utilisation sans risque. Investir dans un instrument ICP signifie également embaucher un spécialiste ICP pour effectuer la préparation des échantillons ; investir dans un instrument XRF ne le nécessite pas. Ainsi, les instruments XRF ont un coût d’exploitation beaucoup plus bas.  

La XRF se distingue donc comme la technique la plus polyvalente, économique et productive pour l’industrie de fabrication de batteries au rythme rapide.  

Vous voulez voir comment fonctionne la XRF en pratique ? Alors regardez ce webinaire sur l’analyse XRF dans le contrôle des processus de fabrication de cathodes de batteries ! 

Lectures complémentaires

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