CN1712956A - 锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法 - Google Patents

锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,包括以下步骤:1)待测样品制备;2)标准样品制备,并获得各有机组分质量百分比数值pib;3)利用气相色谱-质谱联用仪对标准样品已知各有机组分质量比准确值进行定性全谱扫描分析,获得各有机组分目标离子的质荷比m/z值Mim和特征离子的质荷比m/z值Mit;4)用选择离子法对标准样品设定进行测试分析,获得标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb;5)用选择离子法对待测样品设定进行测试分析,得到待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd;6)将步骤2)的百分比数值pib,步骤4)的积分强度值Qimb,步骤5)中的积分强度值Qimd输入计算公式中,
Figure 200410027764.6_AB_00
Figure 200410027764.6_AB_01
通过计算待测样品与标准样品各有机组分的目标离子积分强度的比值并利用数学归一化方法计算待测样品的各组分的质量百分比数值pid

Description

锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法
技术领域
本发明涉及的是电池电解液各有机组分的定量分析方法,尤其是一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法。
背景技术
锂离子电池电解液对电极和电池的能量密度、循环寿命、安全性等性能非常敏感。陈德钧在《电池工业》期刊1999年第4(4)期第149~153页综述了锂离子电池常用有机电解液的电导率、电池学稳定性等性能及电池对电解液的一般要求。戴全南在《中国第22届物理电源年会论文集》在1996年第11卷第6~12页报道了锂离子电池电解液的最新进展。对锂离子电池而言,选择合适的有机电解液是获得高能量密度、长循环寿命和电池安全的关键问题之一。电池的初始充/放电容量由于碳材料和电解液的组合不同而有相当大的差异,所以在设计电池时特别强调电解液要与碳阳极相适应。在商品锂离子电池中,电解液最常用的锂盐是LiPF6,溶剂为环状碳酸烷基酯(EC、PC等)和链状碳酸烷基酯(DEC、DMC、DME和EMC)混合,并以EC为主体组成的二元、三元或多元体系。有机电解液在锂离子电池的正负极之间起着输送锂离子的作用,尽管有很多种有机溶剂和锂盐能够组成电解液,但真正能在锂离子电池中应用的为数不多。因为在应用上电解液必须满足一些特定的性能要求。
锂离子电池电解液的有机组分主要有:
碳酸二甲酯(CH3O)2CO Dimethyl Carbonate DMC
碳酸二乙酯(C2H5O)2CO Diethyl Carbonate DEC
碳酸乙二醇酯C3H4O3 Ethylene Carbonate EC
碳酸丙二醇酯C4H6O3 Propylene Carbonate PC
碳酸甲乙酯(C2H5O)CO(OCH3) Ethyl Methyl Carbonate EMC
Bradley A.Johnson和Ralph E.White在1998年J.of Power Sour.期刊第70卷第48~54页提出利用GC/MS分析锂离子电池有机电解液,他们收集了Sony、Sanyo Electric、Matsushita Electric Industrial、Moli Energy和A&T Battery五家公司的85个锂离子电池进行分析,除了MatsushitaElectric Industrial的锂离子电池为17500型,其它均为18650型。文章利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)只对锂离子电池有机电解液各组分进行了定性分析,分析结果如下表:
生产公司                     组成
  EC   PC   DMC   DEC   EMC
  Sony   未检出   有   有   未检出   有
  Moli   有   未检出   未检出   有   未检出
  A&T   有   未检出   未检出   未检出   有
  Sanyo   有   未检出   有   有   未检出
Matsushita   (未检出) 未检出
本实验并未做定量分析,但基本证实了除了Sony电解液系统以PC为主要成分(其负极材料为焦碳Coke),其它公司的电解液系统以EC为主要成分(其负极材料为石墨Graphite)。各公司的锂离子电池有机电解液的各组分的体积百分比都近似地符合最大电导率的配比原则,参见以下文献:
1、M.Ishikawa,M.Morita,M.Asao and Y.Matsuda,J.Electrochem.Soc.,141(1994)1105-1108
2、M.Terasaki,H.Yoshida,H.Tukamoto,M.Mizutani and M.Yamachi,Denki kagaku,61(1993)1417-1418
3、J.T.Dudley,D.P.Wilkinson,G.Thomas,R.LeVae,S.Woo,H.Blom,C.Horvath,M.W.Juzkow,35(1991)59-82
按此配比原则配制的锂离子电池有机电解液可以得到的各组分的质量百分比只是半定量的数据,如EMC、DEC、EC三种组分配比为3∶1∶2。
Steven E.Sloop、John B.Kerr和Kim Kinoshita在2003年J.of PowerSour.期刊第119-121卷第330~337页的文章中使用GC/MS(Agilent6890/5973 MSD)对二氯甲烷溶解的锂离子电池电解液有机组分DMC、EMC、DEC和EC等进行了定性分析,也没有进行定量分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用气相色谱-质谱联用仪选择离子法对锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法。
本发明锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,包括以下步骤:
1)、待测样品制备:采用有机溶剂溶解法对电解液进行预处理后,获得待测样品;
2)、标准样品制备:采用分析天平称量法制备标准样品,并获得各有机组分质量百分比数值pib(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数);
3)、利用气相色谱-质谱联用仪对标准样品已知各有机组分质量比准确值进行定性全谱扫描分析,筛选并确定定量分析中所使用的目标离子和特征离子,并获得各有机组分目标离子的质荷比m/z值Mim(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数)和特征离子的质荷比m/z值Mit(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数);
4)、根据步骤3)选定的各组分的目标离子的质荷比m/z值Mim和特征离子的质荷比m/z值Mit,用选择离子法对标准样品设定进行测试分析,获得标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数);
5)、根据步骤3)已选定的各组分的目标离子的质荷比m/z值Mim和特征离子的质荷比m/z值Mit,用选择离子法对待测样品设定进行测试分析,得到待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数);
6)、将步骤2)中标准样品各组分的百分比数值pib;步骤4)中标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb;步骤5)中待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd输入计算公式中,通过计算待测样品与标准样品各有机组分的目标离子积分强度的比值并利用数学归一化方法计算待测样品的各组分的质量百分比数值pid(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数),计算公式如下:
P d = Σ i = 1 n p ib × Q imd Q imb
pid=(pib×Qimd)/(Pd×Qimb)×100%
其中,i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数
所述待测样品制备中对于解剖的锂离子电池电解液的预处理方法是将色谱纯的有机溶剂3~8mL注入已取出正负极及隔膜的电池壳中,轻微振荡3~5次,静置20~30min,取其中1~2mL转移至2mL样品瓶中;步骤一对于未经使用的锂离子电池电解液的预处理方法是用注射取样器取电解液2~10μL注入已装有1~2mL色谱纯有机溶剂的2mL样品瓶中,振荡3~5次,静置10~20min。
所述的有机溶剂可以是丙酮、异丙醇、乙醇、二氯甲烷。
所述标准样品制备中分析天平称量法包括:
A、估计待测样品中各有机组分的质量比,并以此质量比作为制备的标准样品中各有机组分的质量比的参照标准;
B、按照制备的标准样品的总质量M为30~50克计算标准样品各有机组分的质量值;
C、取100ml干净小烧杯一个,利用分析天平准确称量质量值为m0
D、按照各有机组分挥发度从小到大的顺序依次在烧杯中添加各有机组分,并分别记下添加后烧杯的总质量值mi(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数),在添加过程中应保证每次添加的质量值mi-mi-1(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数)分别地尽量靠近前面所计算的结果;
E、封烧杯口,利用磁子搅拌器搅拌30~40min,静置10~20min,然后用注射取样器取此混合液2~10μL注入已装有1~2mL色谱纯丙酮试剂的2mL样品瓶中,振荡3~5次,静置10~20min,待测,为标准样品。标准样品各有机组分的质量比为已知的mi-mi-1的质量比值,为简便计算可将其以百分比数值表示即归一化表示:
pib=(mi-mi-1)/(mi-m0)×100%(i=1,2,...,n,n为样品中有机组分个数)
所述筛选并确定目标离子和特征离子包括以下步骤:
A、利用气相色谱-质谱联用仪对已知各有机组分质量比准确值的标准样品进行定性全谱扫描分析,在此分析方法中设定溶剂延迟时间为2.10~2.90min,进样量0.2~2.0μL,进样口分流比为5∶1~20∶1,研究分析结果中的各有机组分色谱峰的保留时间及其宽度和形状等因素并由此确定各有机组分的分析测试的保留时间范围;
B、按照孰高原则选择目标离子的筛选范围,在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中得到5个目标离子的待选离子的质荷比m/z值;按照特殊性原则选择特征离子的筛选范围,选择最具有特征质荷比m/z值的离子,在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中得到5个特征离子的待选离子的质荷比m/z值;
C、设定目标离子和特征离子的选择分析方法,利用SIM方式监测标准样品的筛选范围内的所有待选离子,得到一个标准样品待选离子流图谱;
D、标准样品待选离子流图谱中,对各组分的各待选离子的质谱峰强度进行积分加和计算,在计算中每组相近互斥性的待选离子所采用的积分加和面积强度的方法应完全一致,计算得到所有待选离子的积分强度;
E、在每组5个待选离子中,选定积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度最高者与积分强度第二者的积分强度值相差小于5%时,应考虑此二者前后的待选离子的积分强度的影响,最后应选定二者中位置靠近积分强度第三名的一个为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度第三名与积分强度第四名的积分强度值相差也小于5%时,仍然选择积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子。
所述选择离子法中毛细管柱色谱测定条件是:色谱柱为石英毛细管柱,柱长25~40m,内径0.25~0.50mm,内涂层厚0.25~0.50μm,内涂层材料为5%-二苯基-95%-二甲基硅氧烷共聚物;柱温为升温程序控制,起始温度30~60℃,恒温时间1.00~2.50min,以5~15℃/min速率升温至140~180℃,恒温8~15min;进样口温度240~300℃;载气为高纯He,压力为68.0~90.0KPa,总流量9.0~15.0mL/min,分流比为5∶1~20∶1。
本发明锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法中对锂离子电池电解液各有机组分的质量比进行测定,同时定量分析了锂离子电池电解液常见的添加剂VC、GHP、BP的质量比,这是上述文献中没有做的工作。
VC,英文名称1,3-dioxol-2-one,分子式C3H2O3,分子量86;
GHP,英文名称cyclohexyl benzene,分子式C12H16,分子量160;
BP,英文名称biphenyl,分子式C12H10,分子量154。
本发明锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,在仪器正常使用和维护下,在一定的时期内(如半年时间里)锂离子电池电解液中的各有机组分的目标离子和特征离子不会发生变化,因此目标离子和特征离子的选择每半年进行1次即可。在平时测试分析样品时,只要进行上面所述测定步骤中的一、五、六即可,这样简化了测试步骤、节约了分析时间、提高了分析效率,从而实现了测定快速、操作简单、准确性高的目标。
本发明锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法的具体方法由以下实施例详细给出。
具体实施方式
实施例:使用的仪器:HP6890气相色谱仪、HP5973质谱检测器;采用有机溶剂为丙酮试剂:德国Merck公司生产,色谱纯。
标准样品有7种有机组分:BP、GHP、EC、DEC、VC、EMC、DMC,即i=1,2,...,7。
测定步骤:
1)、待测样品的制备,采用丙酮溶解法:对未经使用的锂离子电池电解液的预处理方法是用注射取样器取电解液10μL注入已装有1mL色谱纯丙酮试剂的2mL样品瓶中,振荡5次,静置20min,待测。
2)、标准样品的制备,采用分析天平称量法:A、估计待测样品中各有机组分的质量比,并以此质量比作为制备的标准样品中各有机组分的质量比的参照标准;B、按照制备的标准样品的总质量M为40克计算标准样品各有机组分的质量值;C、取100ml干净小烧杯一个,利用分析天平准确称量质量值为m0;D、按照各有机组分挥发度从小到大的顺序依次在烧杯中添加BP、GHP、EC、DEC、VC、EMC、DMC,并分别记下添加后烧杯的总质量值m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7,在添加过程中应保证(m1-m0)、(m2-m1)、(m3-m2)、(m4-m3)、(m5-m4)、(m6-m5)、(m7-m6)的质量值分别地尽量靠近前面所计算的结果;E、密封烧杯口,利用磁子搅拌器搅拌40min,静置20min,然后用注射取样器取此混合液10μL注入已装有1mL色谱纯丙酮试剂的2mL样品瓶中,振荡5次,静置20min,待测,为标准样品。标准样品各有机组分的质量比为已知的(m1-m0)、(m2-m1)、(m3-m2)、(m4-m3)、(m5-m4)、(m6-m5)、(m7-m6)的质量比值,为简便计算可将其数学归一化处理,即以百分比数值表示如下列公式:
pib=(mi-mi-1)/(mi-m0)×100%
分析天平测量数据如表1,各有机组分质量百分比数值pb计算结果如表2。
表1
  测量项目 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7
  质量(克) 48.4735 53.1801 68.7172 68.9758 74.1664 84.6766 86.3021 87.8586
表2
  组分   DMC   EMC   VC   DEC   EC   GHP   BP
  质量百分比pib   p7b   p6b   p5b   p4b   p3b   p2b   p1b
  11.9502%   39.4492%   0.6566%   13.1791%   26.6857%   4.1272%   3.9520%
3)、筛选并确定定量分析中所使用的目标离子和特征离子:
A、利用气相色谱-质谱联用仪对已知各有机组分质量比准确值的标准样品进行定性全谱扫描分析,在此分析方法中设定溶剂延迟时间为2.10min,进样量1.0μL,进样口分流比为10∶1,研究分析结果中的各有机组分色谱峰的保留时间及其宽度和形状等因素并由此确定各有机组分的分析测试的保留时间范围。分析中的毛细管柱色谱测定条件:色谱柱长30m,内径0.25mm,内涂层厚0.25μm,内涂层材料为5%-二苯基-95%-二甲基硅氧烷共聚物,石英毛细管柱;柱温为升温程序控制,起始温度45℃,恒温1.50min,以10℃/min速率升温至150℃,恒温12min;进样口温度280℃;载气为高纯He,压力为82.0KPa,总流量12.4mL/min,分流比为10∶1。质谱测定条件:EI离子源,电子能量70eV,离子源温度230℃,四极杆温度150℃,接口温度280℃,电子倍增器电压2100V,离子检测质荷比m/z=20.0~300.0全谱扫描。在全谱扫描图谱中依次确定各有机组分的保留时间,并综合考虑该组分所对应峰的宽度、形状等因素后确定在后面的选择离子法分析中的保留时间参数,见表3:
表3
  组分         保留时间范围(分钟)
  DMC   t7~t6   2.10~2.75min
  EMC   t6~t5   2.75~3.35min
  VC   t5~t4   3.35~3.73min
  DEC   t4~t3   3.73~6.50min
  EC   t3~t2   6.50~13.5min
  GHP   t2~t1   13.5~14.9min
  BP   t1~t0   14.9~20.0min
B、确定待选离子的范围,首先按照孰高原则选择各有机组分目标离子的筛选范围:在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中,选择最高强度的离子记下该离子的质荷比m/z值,精确到0.1数量级,然后在此数值上分别-0.2、-0.1、+0.0、+0.1、+0.2,得到5个数值作为目标离子的待选离子的质荷比m/z值;然后按照特殊性原则选择各有机组分特征离子的筛选范围:在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中,选择最具有特征质荷比m/z值的离子并且要求此离子的绝对强度不小于所对应的目标离子绝对强度的10%,记下该离子的质荷比m/z值,精确到0.1数量级,然后在此数值上分别-0.2、-0.1、+0.0、+0.1、+0.2,得到5个数值作为特征离子的待选离子的质荷比m/z值。
C、设定目标离子和特征离子的选择分析方法,利用SIM检测方式在各有机组分的保留时间范围内监测标准样品中的对应各有机组分目标离子和特征离子的筛选范围内的所有待选离子,得到一个标准样品待选离子流图谱。
D、在标准样品待选离子流图谱中,对各组分的各待选离子的质谱峰强度进行积分加和计算,在计算中每组相近互斥性的待选离子所采用的积分加和面积强度的方法应完全一致,计算得到所有待选离子的积分强度。
E、在每组5个待选离子中,选定积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度最高者与积分强度第二者的积分强度值相差小于5%时,应考虑此二者前后的待选离子的积分强度的影响,最后应选定二者中位置靠近积分强度第三名的一个为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度第三名与积分强度第四名的积分强度值相差也小于5%时,仍然选择积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子。
各有机组分选定的目标离子的质荷比m/z值Mim和各有机组分特征离子的质荷比m/z值Mit如表4。
表4
  组分   DMC   EMC   VC   DEC   EC   GHP   BP
  目标离子质荷比Mim   M7m   M6m   M5m   M4m   M3m   M2m   M1m
59.0 77.0 86.0 91.0 88.0 160.1 154.1
  特征离子质荷比Mit   M7t   M6t   M5t   M4t   M3t   M2t   M1t
90.0 45.0 29.0 45.0 29.0 104.0 76.0
4)、根据步骤3已选定的各组分的目标离子和特征离子对标准样品设定进行测试分析,分析方法为选择离子法。分析中的毛细管柱色谱测定条件:色谱柱长30m,内径0.25mm,内涂层厚0.25μm,内涂层材料为5%-二苯基-95%-二甲基硅氧烷共聚物,石英毛细管柱;柱温为升温程序控制,起始温度45℃,恒温1.50min,以10℃/min速率升温至150℃,恒温12min;进样口温度280℃;载气为高纯He,压力为82.0KPa,总流量12.4mL/min,分流比为10∶1;质谱测定条件:EI离子源,电子能量70eV,离子源温度230℃,四极杆温度150℃,接口温度280℃,电子倍增器电压2100V,在相应的保留时间里设定离子监测质荷比m/z值:
在t7~t6保留时间里监测质荷比m/z值为M7m和M7t的离子
在t6~t5保留时间里监测质荷比m/z值为M6m和M6t的离子
在t5~t4保留时间里监测质荷比m/z值为M5m和M5t的离子
在t4~t3保留时间里监测质荷比m/z值为M4m和M4t的离子
在t3~t2保留时间里监测质荷比m/z值为M3m和M3t的离子
在t2~t1保留时间里监测质荷比m/z值为M2m和M2t的离子
在t1~t0保留时间里监测质荷比m/z值为M1m和M1t的离子
通过测试分析可以得到标准样品中各有机组分的目标离子积分强度Qimb和特征离子积分强度Qitb,见表5。
表5
组分   目标离子Mim 目标离子积分强度值   特征离子Mit 特征离子积分强度值
  DMC   M7m   Q7mb   2391070.400   M7t   Q7tb   289319.518
  EMC   M6m   Q6mb   5633744.125   M6t   Q6tb   5605575.404
  VC   M5m   Q5mb   300371.750   M5t   Q5tb   108734.574
  DEC   M4m   Q4mb   2784876.839   M4t   Q4tb   3113492.306
  EC   M3m   Q3mb   3935522.292   M3t   Q3tb   4722626.750
  GHP   M2m   Q2mb   2263323.250   M2t   Q2tb   2906107.053
  BP   M1m   Q1mb   6183473.993   M1t   Q1tb   816218.567
将表5中Qitb和Qimb数据按下列公式计算,可得到标准样品各有机组分的特征离子对目标离子的限定条件,即特征离子的强度与目标离子的强度的比值Iib,见表6。
Iib=Qitb/Qimb×100%
表6
  组分   DMC   EMC   VC   DEC   EC   GHP   BP
  特征离子的强度与目标离子的强度的比值Iib(%)   I7b   I6b   I5b   I4b   I3b   I2b   I1b
  12.1   99.5   36.2   111.8   120.0   128.4   13.2
5)、根据步骤3)已选定的各组分的目标离子和特征离子对待测样品设定进行测试分析,分析方法为选择离子法。分析中的毛细管柱色谱测定条件:色谱柱长30m,内径0.25mm,内涂层厚0.25μm,内涂层材料为5%-二苯基-95%-二甲基硅氧烷共聚物,石英毛细管柱;柱温为升温程序控制,起始温度45℃,恒温1.50min,以10℃/min速率升温至150℃,恒温12min;进样口温度280℃;载气为高纯He,压力为82.0KPa,总流量12.4mL/min,分流比为10∶1;质谱测定条件:EI离子源,电子能量70eV,离子源温度230℃,四极杆温度150℃,接口温度280℃,电子倍增器电压2100V,在相应的保留时间里设定离子监测质荷比m/z值:
在t7~t6保留时间里监测质荷比m/z值为M7m和M7t的离子
在t6~t5保留时间里监测质荷比m/z值为M6m和M6t的离子
在t5~t4保留时间里监测质荷比m/z值为M5m和M5t的离子
在t4~t3保留时间里监测质荷比m/z值为M4m和M4t的离子
在t3~t2保留时间里监测质荷比m/z值为M3m和M3t的离子
在t2~t1保留时间里监测质荷比m/z值为M2m和M2t的离子
在t1~t0保留时间里监测质荷比m/z值为M1m和M1t的离子
根据各有机组分的特征离子对目标离子的限定标准及峰值保留时间确定待测样品中的各有机组分的所对应的峰。限定标准如下:(I7d、I6d、I5d、I4d、I3d、I2d、I1d分别为待测样品t7~t6、t6~t5、t5~t4、t4~t3、t3~t2、t2~t1、t1~t0保留时间里各峰的特征离子的强度与目标离子的强度的比值。)
按照步骤4)由表7的Iib结果可计算得到待测样品特征离子的强度与目标离子的强度的比值Iid的取值范围,如表7:
表7
  Iid   限定条件   取值范围
  I7d   I7b×0.8<I7d<I7b×1.2   9.7%~14.5%
  I6d   I6b×0.8<I6d<I6b×1.2   79.6%~119.4%
  I5d   I5b×0.8<I5d<I5b×1.2   29.0%~43.4%
  I4d   I4b×0.8<I4d<I4b×1.2   89.4%~134.2%
  I3d   I3b×0.8<I3d<I3b×1.2   96.0%~144.0%
  I2d   I2b×0.8<I2d<I2b×1.2   102.7%~154.1%
  I1d   I1b×0.8<I1d<I1b×1.2   10.6%~15.8%
在各保留时间段内可能有1个或者没有符合条件的峰,如果没有则表明待测样品中没有该组分。
通过测试分析可以得到待测样品中各有机组分的目标离子的积分强度值Qimd:(如果在前面的限定条件中没有符合条件的峰,则定义该组分的目标离子积分强度为0。)数据记录如表8。
表8
  组分   目标离子   目标离子积分强度值
  DMC   M7m   Q7md   4325233.258
  EMC   M6m   Q6md   4799208.627
  VC   M5m   Q5md   0
  DEC   M4m   Q4md   37518.435
  EC   M3m   Q3md   5987663.362
  GHP   M2m   Q2md   1808285.722
  BP   M1m   Q1md   16330402.016
6)、利用数学归一化方法,将步骤2)中标准样品各组分的百分比数值pib和步骤4)中标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb和步骤5)中待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd输入以下计算公式中,得到Pd
Pd=p7b×Q7md/Q7mb+p6b×Q6md/Q6mb+p5b×Q5md/Q5mb+p4b×Q4md/Q4mb+p3b×Q3md/Q3mb+p2b×Q2md/Q2mb+p1b×Q1md/Q1mb=109.7352%
将Pd代入下面公式,计算得到待测样品各组分的质量比pid,如表9。
pid=(pib×Qimd)/(Pd×Qimb)×100%
表9
  组分   DMC   EMC   VC   DEC   EC   GHP   BP
  pid   p7d   p6d   p5d   p4d   p3d   p2d   p1d
质量比   19.6991%   30.6242% 未检出   0.1618%   36.9988%   3.0049%   9.5112%

Claims (6)

1、一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,包括以下步骤:
1)、待测样品制备:采用有机溶剂溶解法对电解液进行预处理后,获得待测样品;
2)、标准样品制备:采用分析天平称量法制备标准样品,并获得各有机组分质量百分比数值pib(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数);
3)、利用气相色谱-质谱联用仪对标准样品已知各有机组分质量比准确值进行定性全谱扫描分析,筛选并确定定量分析中所使用的目标离子和特征离子,并获得各有机组分目标离子的质荷比m/z值Mim(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数)和特征离子的质荷比m/z值Mit(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数);
4)、根据步骤3)选定的各组分的目标离子的质荷比m/z值Mim和特征离子的质荷比m/z值Mit,用选择离子法对标准样品设定进行测试分析,获得标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数);
5)、根据步骤3)已选定的各组分的目标离子的质荷比m/z值Mim和特征离子的质荷比m/z值Mit,用选择离子法对待测样品设定进行测试分析,得到待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数);
6)、将步骤2)中标准样品各组分的百分比数值pib;步骤4)中标准样品各有机组分目标离子的积分强度值Qimb;步骤5)中待测样品中各有机组分目标离子的积分强度值Qimd输入计算公式中,通过计算待测样品与标准样品各有机组分的目标离子积分强度的比值并利用数学归一化方法计算待测样品的各组分的质量百分比数值pid(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数),计算公式如下:
P d = Σ i = 1 n p ib × Q imd Q imb
pid=(pib×Qimd)/(Pd×Qimb)×100%
其中,i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数
2、根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,其特征在于:步骤一对于解剖的锂离子电池电解液的预处理方法是将色谱纯的有机溶剂3~8mL注入已取出正负极及隔膜的电池壳中,轻微振荡3~5次,静置20~30min,取其中1~2mL转移至2mL样品瓶中;步骤一对于未经使用的锂离子电池电解液的预处理方法是用注射取样器取电解液2~10μL注入已装有1~2mL色谱纯有机溶剂的2mL样品瓶中,振荡3~5次,静置10~20min。
3、根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,其特征在于所述的分析天平称量法包括:
A、估计待测样品中各有机组分的质量比,并以此质量比作为制备的标准样品中各有机组分的质量比的参照标准;
B、按照制备的标准样品的总质量M为30~50克计算标准样品各有机组分的质量值;
C、取100ml干净小烧杯一个,利用分析天平准确称量质量值为m0
D、按照各有机组分挥发度从小到大的顺序依次在烧杯中添加各有机组分,并分别记下添加后烧杯的总质量值mi(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数),在添加过程中应保证每次添加的质量值mi-mi-1(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数)分别地尽量靠近前面所计算的结果;
E、封烧杯口,利用磁子搅拌器搅拌30~40min,静置10~20min,然后用注射取样器取此混合液2~10μL注入已装有1~2mL色谱纯丙酮试剂的2mL样品瓶中,振荡3~5次,静置10~20min,待测,为标准样品。标准样品各有机组分的质量比为已知的的mi-mi-1的质量比值,为简便计算可将其以百分比数值表示即归一化表示:
pib=(mi-mi-1)/(mi-m0)×100%(i=1,2,…,n,n为样品中有机组分个数)
4、根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,其特征在于筛选并确定目标离子和特征离子包括以下步骤:
A、利用气相色谱-质谱联用仪对已知各有机组分质量比准确值的标准样品进行定性全谱扫描分析,在此分析方法中设定溶剂延迟时间为2.10~2.90min,进样量0.2~2.0μL,进样口分流比为5∶1~20∶1,研究分析结果中的各有机组分色谱峰的保留时间及其宽度和形状等因素并由此确定各有机组分的分析测试的保留时间范围;
B、按照孰高原则选择目标离子的筛选范围,在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中得到5个目标离子的待选离子的质荷比m/z值;按照特殊性原则选择特征离子的筛选范围,选择最具有特征质荷比m/z值的离子,在待测组分的色谱峰的峰值保留时间所对应的质谱图中得到5个特征离子的待选离子的质荷比m/z值;
C、设定目标离子和特征离子的选择分析方法,利用SIM方式监测标准样品的筛选范围内的所有待选离子,得到一个标准样品待选离子流图谱;
D、标准样品待选离子流图谱中,对各组分的各待选离子的质谱峰强度进行积分加和计算,在计算中每组相近互斥性的待选离子所采用的积分加和面积强度的方法应完全一致,计算得到所有待选离子的积分强度;
E、在每组5个待选离子中,选定积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度最高者与积分强度第二者的积分强度值相差小于5%时,应考虑此二者前后的待选离子的积分强度的影响,最后应选定二者中位置靠近积分强度第三名的一个为最终定量分析中所使用的离子;如果积分强度第三名与积分强度第四名的积分强度值相差也小于5%时,仍然选择积分强度最高者为最终定量分析中所使用的离子。
5、根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,其特征在于选择离子法中毛细管柱色谱测定条件是:色谱柱为石英毛细管柱,柱长25~40m,内径0.25~0.50mm,内涂层厚0.25~0.50μm,内涂层材料为5%-二苯基-95%-二甲基硅氧烷共聚物;柱温为升温程序控制,起始温度30~60℃,恒温时间1.00~2.50min,以5~15℃/min速率升温至140~180℃,恒温8~15min;进样口温度240~300℃;载气为高纯He,压力为68.0~90.0KPa,总流量9.0~15.0mL/min,分流比为5∶1~20∶1。
6、根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池电解液有机组分的定量分析方法,其特征在于:有机溶剂可以是丙酮、异丙醇、乙醇、二氯甲烷。
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