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鋰電池電解液成分難分析?Orbitrap聯(lián)用技術(shù)一鍵破局!

來(lái)源:賽默飛色譜及質(zhì)譜   2025年06月24日 10:46  

鋰電池

鋰電池由于其高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、充放電速度快等優(yōu)點(diǎn),自發(fā)明以來(lái)廣泛用于筆記本電腦、手機(jī)等3C電子產(chǎn)品。近年來(lái),隨著新能源汽車的發(fā)展,鋰離子動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核心部件,需求和產(chǎn)量都大大增加。電解液作為鋰電池的重要組成部分,其成分、比例直接影響電池的性能、壽命。此外,電池使用過(guò)程中電解液還可能因?yàn)榉磻?yīng)、降解等原因發(fā)生比例甚至成分上的變化,研究清楚電解液的成分及其在使用過(guò)程中的變化,有助于幫助我們更深刻地理解鋰離子電池反應(yīng)機(jī)理,從而更好地研發(fā)新產(chǎn)品。

 

然而,電解液中很多成分為離子型化合物,在常規(guī)液相色譜上沒(méi)有保留,需要用離子色譜才能實(shí)現(xiàn)較好的保留與分離;新產(chǎn)品及使用過(guò)程中的降解產(chǎn)物通常是未知的,僅通過(guò)離子色譜難以對(duì)其進(jìn)行定性。要解決這一難題,需要全新的思路與手段。

賽默飛離子色譜與Orbitrap超高分辨質(zhì)譜作為各自領(lǐng)域的王者,二者聯(lián)用可產(chǎn)生“1+1>2”的效果。結(jié)合離子色譜對(duì)離子型物質(zhì)優(yōu)良的保留與分離,和高分辨質(zhì)譜對(duì)未知物準(zhǔn)確的定性,可精確分析鋰離子電池電解液中的未知成分。

 

電解液常見(jiàn)的鋰鹽添加劑如六氟磷酸鋰(LiPF6)、二氟磷酸鋰(LiPF2O2)、四氟硼酸鋰(LiBF4)均能在IC-MS上有良好的保留和信號(hào),而賽默飛Orbitrap靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜擁有超高的分辨率,能在亞ppm誤差水平準(zhǔn)確測(cè)定未知離子的質(zhì)荷比,從而推斷最可能的分子式。

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六氟磷酸鋰(LiPF6)XIC圖、一級(jí)質(zhì)譜及二級(jí)質(zhì)譜解析

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四氟硼酸鋰(LiBF4)XIC圖、一級(jí)質(zhì)譜及二級(jí)質(zhì)譜解析

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對(duì)于結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的物質(zhì),僅依靠一級(jí)質(zhì)譜無(wú)法確定其結(jié)構(gòu),而Orbitrap對(duì)二級(jí)碎片的測(cè)定同樣準(zhǔn)確,綜合分子式的測(cè)定和二級(jí)碎片元素組成,可以對(duì)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的電解液成分進(jìn)行準(zhǔn)確推斷。

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 某成分一級(jí)質(zhì)譜及二級(jí)質(zhì)譜解析

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另一方面,雖然電解液中大部分物質(zhì)在LC-MS上沒(méi)有保留,不利于分析,但對(duì)于部分易水解的物質(zhì),其在離子色譜分析的過(guò)程中會(huì)發(fā)生水解,只能檢測(cè)到水解產(chǎn)物,然而可以在LC-MS上直接檢出原物質(zhì),作為對(duì)IC-MS結(jié)果的有效補(bǔ)充。

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某成分一級(jí)質(zhì)譜及二級(jí)質(zhì)譜解析

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此外,IC-MS在分析電解液時(shí),通常采用陰離子交換柱以及陰離子抑制器,只能分析樣品中的陰離子成分,而LC-MS無(wú)此限制,借助Orbitrap正負(fù)模式同時(shí)掃描的功能,可以同時(shí)獲得陽(yáng)離子和陰離子的信息,除了鋰鹽添加劑(陰離子)外,還能測(cè)定碳酸酯溶劑(陽(yáng)離子)。

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碳酸二甲酯(DMC)一級(jí)質(zhì)譜圖及二級(jí)質(zhì)譜圖(點(diǎn)擊查看大圖)

 

結(jié)  語(yǔ)?

本文利用賽默飛Orbitrap超高分辨質(zhì)譜儀分別與Aquion離子色譜儀及Vanquish液相色譜儀聯(lián)用,展示了賽默飛儀器在分析鋰離子電池電解液典型成分的獨(dú)家分析方案。離子色譜能有效保留、分離電解液中的離子型化合物,供質(zhì)譜檢測(cè)。Orbitrap系列質(zhì)譜超高的分辨率與準(zhǔn)確的質(zhì)量測(cè)定保證了對(duì)未知成分分子式的測(cè)定和結(jié)構(gòu)解析。二者結(jié)合,可有效分析電解液中未知成分。此外,液相色譜分析大部分電解液成分雖然都不保留,不利于檢測(cè),但相對(duì)于離子色譜可提供兩方面的補(bǔ)充:1、部分物質(zhì)在離子色譜分析時(shí)水解,難以直接檢測(cè)到,可以通過(guò)液相色譜檢測(cè);2、離子色譜一次分析只能分析電解液中的陰離子,液相色譜可同時(shí)分析陰陽(yáng)離子,在陰離子添加劑之外分析碳酸酯溶劑的信息。賽默飛離子色譜及液相色譜前端均可與質(zhì)譜直接連接,切換方便,二者結(jié)合,可最大程度地解析電解液中的所有成分。

如需合作轉(zhuǎn)載本文,請(qǐng)文末留言。

 

 

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