SCIEX高分辨質(zhì)譜技術(shù)丨賦能鋰電池電解液成分表征

鋰電池與我們生活密切相關(guān)，比如手機(jī)、ipad、電腦、充電寶、玩具、電動(dòng)汽車、電動(dòng)輕型車和新型儲(chǔ)能等都有鋰電池的身影，鋰電池綜合優(yōu)勢(shì)與下游領(lǐng)域?qū)﹄姵卮笕萘?、高功率、使用壽命和環(huán)境保護(hù)日益提升的需求相契合，存在廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

鋰離子電池四大關(guān)鍵材料包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液。鋰電池的正極材料中，行業(yè)已經(jīng)認(rèn)可鎳鈷鋰、磷酸鐵鋰等材料，不過也有許多企業(yè)逐漸轉(zhuǎn)入了新型復(fù)合材料的研發(fā)中，液相色譜串聯(lián)高分辨質(zhì)譜儀在該研發(fā)過程中，可以在探究新型材料氧化還原反應(yīng)機(jī)理研究、及活性基團(tuán)位置不同對(duì)電化學(xué)性能的影響等方面貢獻(xiàn)力量。

金屬鋰的高化學(xué)活性使其易于與大多數(shù)電解質(zhì)發(fā)生不可逆反應(yīng)，從而在陽(yáng)極表面形成固體電解質(zhì)層（SEI）。液相色譜串聯(lián)高分辨質(zhì)譜儀可以對(duì)SEI膜成分進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，幫助研究其形成機(jī)制，減少其形成。

電解液被譽(yù)為電池的“血液”，是實(shí)現(xiàn)鋰離子在正負(fù)極遷移的媒介，對(duì)鋰電容量、工作溫度、循環(huán)效率以及安全性都有重要影響。所以對(duì)電解液體系中的特有成分的鑒定，雜質(zhì)鑒定，其在不同電極作用，不同循環(huán)次數(shù)，不同放置時(shí)間，不同添加劑等等條件變化下電解液組成的變化，反應(yīng)機(jī)理的研究，這對(duì)電池性能研究都具有重要作用。

本實(shí)驗(yàn)采用X500R QTOF系統(tǒng)的IDA+DBS采集技術(shù)對(duì)鋰電池電解液成分進(jìn)行快速準(zhǔn)確鑒定，儀器標(biāo)配的ESI源和APCI源可兼顧不同性質(zhì)的化合物，IDA+DBS采集技術(shù)能夠保證在有限的時(shí)間內(nèi)采集到的有效信息，一針進(jìn)樣同時(shí)獲得高分辨一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜圖，應(yīng)用 OS軟件對(duì)數(shù)據(jù)分析，為表征電解液提供解決方案。

OS軟件可以設(shè)定的條件，快速篩選出一級(jí)偏差準(zhǔn)確，同位素分布合理，二級(jí)質(zhì)譜圖匹配得分高的結(jié)果，幫助我們快速鑒定化合物。

對(duì)于不同品牌來(lái)源，不同放置時(shí)間，不同循環(huán)時(shí)間的電解液等樣本的差異比較，可以采取組學(xué)的思路，使用 OS軟件中MarkerView統(tǒng)計(jì)學(xué)分析模塊進(jìn)行PCA，T-test等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，MarkerView統(tǒng)計(jì)學(xué)分析模塊和Explorer鑒定化合物模塊互相鏈接，無(wú)需不同軟件間轉(zhuǎn)移，減少格式轉(zhuǎn)化帶來(lái)的數(shù)據(jù)丟失?？梢詫⒃紨?shù)據(jù)導(dǎo)入MarkerView統(tǒng)計(jì)分析后得到樣本間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的離子后，可以直接查看一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜圖，進(jìn)行鑒定分析。

軟件可以設(shè)置空白樣本，根據(jù)設(shè)定的峰面積比扣除空白樣本中的離子，軟件自動(dòng)將不同加和離子形式和不同電荷數(shù)進(jìn)行分組，增加鑒定準(zhǔn)確度并減少重復(fù)鑒定的工作量。

提取出來(lái)的離子會(huì)自動(dòng)給出分子式，鏈接本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或者在線數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，根據(jù)和二級(jí)質(zhì)譜圖匹配的情況，給出得分，同時(shí)也可以根據(jù)軟件自動(dòng)給出的二級(jí)偏差判斷碎片歸屬，二級(jí)碎片可以和結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，有助于我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，分析合理性

圖4 非靶向流程中部分界面展示

本實(shí)驗(yàn)采用X500R QTOF系統(tǒng)的IDA+DBS采集技術(shù)對(duì)鋰電池電解液成分進(jìn)行快速準(zhǔn)確鑒定，分別使用ESI源和APCI源對(duì)樣本進(jìn)行采集，兼顧不同性質(zhì)的化合物，可以更全面的表征化學(xué)成分。IDA+DBS采集技術(shù)能夠保證在有限的時(shí)間內(nèi)采集到的有效信息，一針進(jìn)樣同時(shí)獲得高分辨一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜圖，應(yīng)用 OS軟件并結(jié)合高分辨二級(jí)譜庫(kù)的靶向流程簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確。

對(duì)于不同品牌來(lái)源，不同放置時(shí)間，不同循環(huán)時(shí)間的電解液等樣本的差異比較，可以使用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件找到統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的離子，進(jìn)行鑒定分析。也可以采用軟件自動(dòng)扣除空白，自動(dòng)識(shí)別離子的不同加和離子形式，電荷形式，結(jié)合本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或者在線數(shù)據(jù)庫(kù)的非靶向流程，是結(jié)構(gòu)鑒定和解析的有力工具，為表征電解液提供了的解決方案。