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鋰電池

鋰電池由于其高能量密度、無記憶效應、充放電速度快等優點，自發明以來廣泛用于筆記本電腦、手機等3C電子產品。近年來，隨著新能源汽車的發展，鋰離子動力電池作為電動汽車的核心部件，需求和產量都大大增加。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，電池使用過程中電解液還可能因為反應、降解等原因發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機理，從而更好地研發新產品。

然而，電解液中很多成分為離子型化合物，在常規液相色譜上沒有保留，需要用離子色譜才能實現較好的保留與分離；新產品及使用過程中的降解產物通常是未知的，僅通過離子色譜難以對其進行定性。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超高分辨質譜作為各自領域的王者，二者聯用可產生“1+1>2”的效果。結合離子色譜對離子型物質優良的保留與分離，和高分辨質譜對未知物準確的定性，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，而賽默飛Orbitrap靜電場軌道阱質譜擁有超高的分辨率，能在亞ppm誤差水平準確測定未知離子的質荷比，從而推斷最可能的分子式。

六氟磷酸鋰（LiPF6）XIC圖、一級質譜及二級質譜解析

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四氟硼酸鋰（LiBF4）XIC圖、一級質譜及二級質譜解析

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對于結構更復雜的物質，僅依靠一級質譜無法確定其結構，而Orbitrap對二級碎片的測定同樣準確，綜合分子式的測定和二級碎片元素組成，可以對結構更復雜的電解液成分進行準確推斷。

 某成分一級質譜及二級質譜解析

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另一方面，雖然電解液中大部分物質在LC-MS上沒有保留，不利于分析，但對于部分易水解的物質，其在離子色譜分析的過程中會發生水解，只能檢測到水解產物，然而可以在LC-MS上直接檢出原物質，作為對IC-MS結果的有效補充。

某成分一級質譜及二級質譜解析

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此外，IC-MS在分析電解液時，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無此限制，借助Orbitrap正負模式同時掃描的功能，可以同時獲得陽離子和陰離子的信息，除了鋰鹽添加劑（陰離子）外，還能測定碳酸酯溶劑（陽離子）。

碳酸二甲酯（DMC）一級質譜圖及二級質譜圖（點擊查看大圖）

結  語?

本文利用賽默飛Orbitrap超高分辨質譜儀分別與Aquion離子色譜儀及Vanquish液相色譜儀聯用，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，供質譜檢測。Orbitrap系列質譜超高的分辨率與準確的質量測定保證了對未知成分分子式的測定和結構解析。二者結合，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，但相對于離子色譜可提供兩方面的補充：1、部分物質在離子色譜分析時水解，難以直接檢測到，可以通過液相色譜檢測；2、離子色譜一次分析只能分析電解液中的陰離子，液相色譜可同時分析陰陽離子，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譜直接連接，切換方便，二者結合，可最大程度地解析電解液中的所有成分。

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