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上海斯邁歐分析儀器有限公司
主營產(chǎn)品： 氣相色譜、液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀、液質(zhì)聯(lián)用儀、原子吸收光譜儀、紫外分光光度計 |
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使用氣相色譜系統(tǒng)分析電池電解液中的碳酸酯類和添加劑
2024-10-10 閱讀(98)
本應(yīng)用簡報介紹了一種可靠、用戶友好且經(jīng)濟高效的解決方案，可滿足碳酸酯和添加劑的分析需求。使用配備分流-不分流進樣器和火焰離子化檢測器 (FID) 的 Agilent8860 氣相色譜系統(tǒng)開發(fā)該解決方案。使用 Agilent J&W HP-5ms 超高惰性色譜柱可有效分離 13 種碳酸酯和添加劑，整個分析過程可在 14 min 內(nèi)完成。該方法具有出色性能，在 10–500 mg/L 濃度范圍內(nèi)，13 種目標化合物表現(xiàn)出高線性 (R2 >0.9995)。保留時間的重現(xiàn)性 RSD 小于 0.04%，峰面積的重現(xiàn)性 RSD 小于 1.5%。該方法的檢出限 (LOD) 和定量限 (LOQ) 分別低于 0.5 mg/L 和 1.6 mg/L。本研究還對實際電解液樣品進行了分析，組分檢測獲得了出色的峰分離度和重現(xiàn)性 (< 1.5%)。
前言全球?qū)﹄妱悠嚭蛢δ芟到y(tǒng)的需求大幅增長，使 2022–2030 年全球鋰離子電池市場的復合年增長率 (CAGR) 達到 18.1%[1]。電解液是電池內(nèi)部的有機溶液，作為離子載體，在充電過程中促進離子從陰極向陽極移動，在放電過程中則促進反向移動。電解液中溶劑和添加劑的組成、比例和純度對鋰離子電池的容量、生命周期、穩(wěn)定性和安全性發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這不僅適用于生產(chǎn)階段，也適用于整個生命周期。碳酸酯類電解液主要由碳酸二甲酯 (DMC) 和碳酸甲乙酯 (EMC)等碳酸酯類化合物組成，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池。然而，據(jù)報道，這些溶劑在低電位下可能會分解，導致電池性能降低[2]。因此，研究人員研究了一些添加劑(例如氟代碳酸乙烯酯(FEC) 和碳酸亞乙烯酯 (VC))并將它們應(yīng)用于電解液中，旨在有效提高鋰離子電池的性能[3,4]。這些化合物的準確測定對于設(shè)計符合客戶要求的鋰離子電池電解液以及進行性能改進研究至關(guān)重要。安捷倫開發(fā)了一種GC/MS 方法，用于對碳酸酯、添加劑及其分解產(chǎn)物進行高精密度的定量和定性分析[5]。本應(yīng)用旨在為鋰離子電池電解液中常用的碳酸酯和添加劑開發(fā)一種易于操作且低成本的分析解決方案，該解決方案可在配備 FID 的 8860 氣相色譜系統(tǒng)中執(zhí)行。
實驗部分化學品、標準品和樣品13 種化合物(表 1)的單標 (>97%) 和 DCM(HPLC 級)購自上海安譜實驗科技股份有限公司。7 個樣品來自客戶。
標準品配制本分析使用下列標準品：儲備標準品：使用 DCM 制備濃度為 10000 mg/L 的各化合物單標儲備液。峰鑒定標準品：使用 DCM 稀釋儲備標準品，制備濃度為200 mg/L 的各化合物標準品，用于保留時間 (RT) 和峰形測定。校準標準品：使用 5 mL 容量瓶制備含 13 種化合物的混標。使用 DCM 配制的標準品系列的濃度為 10、25、50、100、200 和 500 mg/L[4]。MDL 標準品：制備 4.0 mg/L 混標，用于計算 MDL。樣品前處理用 DCM 將樣品稀釋 1000 倍，并用外標法進行計算。儀器和分析條件使用配備火焰離子化檢測器 (FID) 的 Agilent 8860 氣相色譜系統(tǒng)進行方法開發(fā)。使用 Agilent 7650A 自動液體進樣器進行標準品和樣品進樣。有關(guān)氣相色譜條件和方法參數(shù)的更多詳細信息，請參見表 2。使用 Agilent OpenLab CDS 2.6 版執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和處理。
重現(xiàn)性使用濃度為 10、100 和 500 mg/L 的混標分別評估低濃度、中等濃度和高濃度下的方法重現(xiàn)性。每種濃度平行進樣 7 次，結(jié)果見表 3。13 種化合物的保留時間和峰面積重現(xiàn)性 RSD 分別小于 0.04% 和 1.5%。MDL 和 LOQ在本研究中，分別使用信噪比 (S/N) 3:1 和 10:1 確定方法檢出限 (MDL) 和 LOQ。
使用濃度為 4 mg/L 的混標對各化合物進行 7 次分析，以測定信噪比。計算了 13 種化合物的平均信噪比、MDL 和 LOQ，如表 4 所示。結(jié)果表明，13 種化合物的MDL 和 LOQ 值分別小于 0.5 mg/L 和 1.6 mg/L。
電解液樣品分析具有不同配方的 7 個樣品來自兩個電解液生產(chǎn)商。按照實驗部分所述的步驟對樣品進行預(yù)處理。通過重復三次進樣測定實際樣品分析中的重現(xiàn)性。使用 8860 氣相色譜系統(tǒng)獲得的樣品 7 的色譜圖如圖 3 所示。清晰地觀察到 DMC、EMC、DEC、FEC、EC、DTD 和 PS 峰，具有出色峰形和分離度。分析結(jié)果匯總于表 5，并確定了目標化合物的組成和含量差異，響應(yīng)重現(xiàn)性 RSD 低于 1.5%。
結(jié)論本應(yīng)用簡報介紹了使用 GC-FID 系統(tǒng)(Agilent 8860 氣相色譜系統(tǒng))分析電解液中 13 種碳酸酯和添加劑的方法開發(fā)。無論使用氦氣還是氮氣作為載氣，色譜圖中所有目標化合物均顯示出良好的峰形和分離度。該方法具有出色的重現(xiàn)性、線性和低MDL，非常適合用于電解液客戶的碳酸酯和添加劑常規(guī)分析。
