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氣相色譜系統(tǒng)分析鋰電池電解液中的溶劑和添加劑 并將其應(yīng)用于實(shí)際樣品分析
閱讀：128 發(fā)布時間：2025-2-20全球?qū)﹄妱悠嚭涂稍偕茉磧Υ嫦到y(tǒng)的需求日益增長，大大推動了鋰電池行業(yè)的迅速發(fā)展。鋰電池以高能量密度和長循環(huán)壽命而聞名。電解液是鋰電池中的四種關(guān)鍵材料之一，主要成分包括有機(jī)溶劑、鋰鹽和少量添加劑。電解液中的溶劑（例如碳酸乙烯酯 (EC) 或碳酸二甲酯 (DMC)）決定了電解液的離子導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。通過優(yōu)化溶劑的混合比例可以提高電池的效率和壽命。此外，添加劑也非常重要，因?yàn)樗鼈兛梢蕴岣唠娊庖旱男阅芎桶踩?。例如，它們可抑制有害副產(chǎn)物的形成，增強(qiáng)電解液的穩(wěn)定性，并改善電解液與電極之間的界面。因此，分析和鑒定鋰電池電解液中碳酸酯化合物和添加劑的組成，對鋰電池的性能研究和質(zhì)量控制具有重要意義。
安捷倫在之前的應(yīng)用簡報中介紹了使用Agilent 5977B 單四極桿氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MSD) 系統(tǒng)測定電解液中的碳酸酯溶劑和添加劑。該應(yīng)用簡報詳細(xì)介紹了目標(biāo)化合物的準(zhǔn)確定量和未知添加劑或雜質(zhì)的定性分析[1]。2023 年發(fā)布的另一篇應(yīng)用簡報介紹了使用 Agilent 8860 GC/FID系統(tǒng)測定電解液中的碳酸酯和添加劑[2]。與 GC/MSD 相比，GC/FID 系統(tǒng)更易于使用，對用戶而言更具成本效益，適用于僅需對目標(biāo)化合物進(jìn)行定量而不需要檢測未知物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室。本研究以最新的小型高性能 8850 GC/FID 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立了有效的分析方法，然后分析了大量實(shí)際樣品，以考察這些樣品對氣相色譜系統(tǒng)整體性能的影響，特別是對氣相色譜進(jìn)樣口消耗品及色譜柱使用壽命的影響
實(shí)驗(yàn)部分本研究采用配備分流/不分流進(jìn)樣口和 FID的 8850 氣相色譜系統(tǒng)。表 1 為使用氦氣作為載氣時的詳細(xì)運(yùn)行條件。使用 AgilentOpenLab CDS 2.7 版進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?；瘜W(xué)品、標(biāo)準(zhǔn)品和樣品13 種分析物（純度 > 97%）的單標(biāo)和二氯甲烷（HPLC 級）購自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。兩份電解液樣品來自客戶實(shí)驗(yàn)室?；鞓?biāo)儲備液的配制：稱取 50 mg 各單標(biāo)于5 mL 容量瓶中，用二氯甲烷稀釋至刻度，制得濃度為 10000 mg/L 的混標(biāo)儲備液。校準(zhǔn)曲線溶液的配制：用二氯甲烷配制含 13 種目標(biāo)化合物的校準(zhǔn)標(biāo)樣，濃度為10、25、50、100、250 和 500 mg/L。用二氯甲烷將實(shí)際電解液樣品稀釋至不同的濃度，稀釋倍數(shù)為 5 倍至 1000 倍。
結(jié)果與討論電解液通常由高純度有機(jī)溶劑、電解鋰鹽和必要的添加劑等原料配制而成。在特定條件下，將這些組分按一定比例混合。對于生產(chǎn)和使用電解液的企業(yè)而言，溶劑純度分析、溶劑成分分析和添加劑分析是日常檢查的關(guān)鍵。本研究針對 13 種碳酸酯溶劑和某些添加劑，探討了校準(zhǔn)曲線的建立、儀器穩(wěn)定性測試、檢出限的確定，并對從客戶處獲得的實(shí)際樣品進(jìn)行了定量分析。完成定量分析后，本研究還通過直接進(jìn)樣未經(jīng)稀釋的實(shí)際樣品考察了對氣相色譜進(jìn)樣口和色譜柱的影響。
分析方法的評估圖 1 為 13 種目標(biāo)化合物在 100 mg/L 濃度下的色譜圖。在本研究中，使用氦氣作為載氣，并使用 J&W DB-1701 色譜柱進(jìn)行分離。如圖 1 所示，所有化合物都實(shí)現(xiàn)了基線分離，且峰形對稱。配制濃度為 10、25、50、100、250、500 mg/L 的電解液混標(biāo)溶液，對其進(jìn)行分析，并繪制每種化合物的六點(diǎn)校準(zhǔn)曲線。在上述濃度范圍內(nèi)線性出色，相關(guān)系數(shù) (R2) 均 ≥ 0.999，如表 2 所示。
將低、中、高濃度校準(zhǔn)標(biāo)樣（10、50 和500 mg/L）重復(fù)測定 8 次，評估重現(xiàn)性。表 2 和圖 2 給出了基于此系統(tǒng)的出色性能結(jié)果。峰面積 RSD% 在 0.24% 和 2.19% 之間，RT RSD% 在 0.001% 和 0.014% 之間。使用濃度為 4 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液測定 LOD和 LOQ，LOD 和 LOQ 分別根據(jù)信噪比 3和 10 計算得到。LOD 值列于表 2 中，范圍為 0.04 至 0.43 mg/L，這表明該GC/FID 系統(tǒng)具有出色的靈敏度。
實(shí)際樣品分析樣品中目標(biāo)物的定量：用 pH 試紙檢測從客戶實(shí)驗(yàn)室獲得的兩種實(shí)際樣品（樣品 1和 2），得到的 pH 值大約為 1。校準(zhǔn)曲線的線性范圍為 10–500 mg/L。在對樣品進(jìn)行初步分析時，某些目標(biāo)分析物超出了該范圍。為了得到準(zhǔn)確的定量結(jié)果，我們對樣品進(jìn)行了稀釋，使色譜柱上的樣品量在校準(zhǔn)范圍內(nèi)。此外，實(shí)際樣品中某些化合物的濃度即使未經(jīng)稀釋也處于線性范圍內(nèi)，但是未稀釋的樣品會對色譜柱造成影響（后文將詳細(xì)討論），因此在定量時對實(shí)際樣品進(jìn)行了稀釋。表 3 列出了原始實(shí)際樣品中不同化合物所需的稀釋倍數(shù)。然后通過各化合物的校準(zhǔn)曲線計算出濃度，最后再考慮稀釋倍數(shù)，計算出原始實(shí)際樣品中分析物的實(shí)際濃度。圖 3 為樣品 1 稀釋后的色譜圖。
結(jié)論本應(yīng)用簡報介紹了一種分析方法，基于配備 FID 的 Agilent 8850 氣相色譜系統(tǒng)測定鋰電池電解液中的碳酸酯溶劑和部分添加劑。13 種目標(biāo)化合物的線性、重現(xiàn)性和檢出限的結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有出色的靈敏度和可靠性。通過運(yùn)行未稀釋的實(shí)際樣品，研究了高鹽、高酸樣品對整個系統(tǒng)的影響。本研究還發(fā)現(xiàn)，將實(shí)際樣品稀釋100 倍后，即使經(jīng)歷了 400 多針的運(yùn)行，整個系統(tǒng)仍能保持出色的穩(wěn)定性。對樣品進(jìn)行稀釋可以保證系統(tǒng)以理想狀態(tài)運(yùn)行，大大延長了消耗品的使用壽命。綜上所述，本方法采用配備 FID 的 8850 氣相色譜系統(tǒng)，為電解液分析提供了簡單易用、經(jīng)濟(jì)有效且穩(wěn)定可靠的平臺。