鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料，石墨為負極材料、使用非水電解質的電池，因具有比能量高，低放電率， 體積小，無記憶效應，環境友好且循環壽命長等特點，被廣泛用于手機、數碼相機，筆記本等消費型電子產品；新能源汽車、 電動車以及混合動力大巴等電動交通工具以及水力、火力，風力和太陽能電站等儲能系統。 鋰電作為新能源技術，是我們國家實現碳中和目標的主要載體，發展機遇未來可期。隨著政策*和產業優化，十四五期 間動力鋰電池需求會維持高速增長。有數據顯示，2020 年中國鋰電行業市場規模已達 548.5 億元，預計未來五年市場規模 將以 13% 的增長率持續增長，并于 2023 年達到 829 億元左右的市場規模。 鋰離子電池的產業鏈包括上游原材料的開采、加工和生產，得到中游生產所需要的正極材料、負極材料、電解液、隔膜等 主要材料；目前研制成功并得到應用的正極材料主要有磷酸鐵鋰（LFP）、錳酸鋰（LMO）、鈷酸鋰（LCO）、三元材料（鎳 鈷錳 NCM、鎳鈷鋁 NCA）。負極材料主要有石墨材料，電解液則主要以六氟磷酸鋰為主；中游是將正負極材料、電解液、 隔膜等材料組裝后應用到下游到各個應用中。 在鋰離子生產產業鏈中，需要對原材料進行檢測，并分析其理化性能、化學 成分，確保其符合質控要求；而在中游電池組裝成功后，需要對其安全性能進行實驗評估，并對電池在循環實驗中產生的 未知物進行分析；在回收廢舊鋰電池中，也需要對其進行分析并循環利用。 賽默飛世爾作為科學服務行業的領/導/者，在鋰離子電池領域深耕數十年，有著鋰電池行業檢測領域的全套解決方案，全面 助力鋰離子電池行業發展。

賽默飛離子色譜在鋰電池行業的應用

鋰離子電池中的電解液一般為六氟磷酸鋰（LiPF6）、四氟硼酸鋰（LiBF4）、高氯酸鋰 （LiClO4）等，可以用離子色譜測定 其鋰離子以及鋰鹽中的陰離子部分。此外一些雜質陰離子，陽離子（Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+ ）會干擾電解液，改變 電解行為，亦需要對其進行定量分離測定；正極材料可選用陰離子交換離子色譜法可完成其中雜質陰離子的含量測定，采 用陽離子交換離子色譜法可同時完成鋰、鈷、鎳、錳以及常見堿金屬和堿土金屬的測定，具有相當的便捷性。 賽默飛的離子色譜儀專門為常規陰、陽離子檢測需要而設計，配備有雙柱塞泵，可兼容電解或化學連續再生微膜抑制器。 采用變色龍軟件操控，具有操作簡單、啟動快速、性能可靠穩定等特點。而儀器操作者只需經過簡單培訓就可進行獨立操作， 維護成本極低。

應用實例： 

電解液六氟磷酸鋰基質中含較高濃度的鋰，且雜質含量較低，所以必須使用高容量柱子，方可完成鋰鹽樣品中痕量陽離子 雜質的含量測定工作。鋰鹽陰離子部分均為強極性保留離子，淋洗液中適當加入有機溶劑， 改變目標物在色譜柱上的保留 行為，可使不同目標物之間達到良好的分離效果。

賽默飛 ICP/ICP-MS 在鋰電池行業中的應用

鋰離子電池中的主要材料正極、負極、電解液中主量元素的比例和含量對鋰電池的性能和成本有非常重大的影響，而雜質 元素會影響鋰離子電池的循環壽命并影響其安全性。因此需要檢測其二者含量并對其進行嚴格控制。 根據標準 GB/T 20252-2014《鈷酸鋰》、 GB/T 24533-2009《鋰電池石墨負極材料》，HJ/T 4067-2015 《六氟磷酸鋰電 解液》,GBT19282-2014《六氟磷酸鋰產品分析方法》規定 , 使用電感耦合等離子體光譜儀 ICP-OES 測試常量元素及微量 雜質元素，并對磁性物質進行分析。

ICP-OES 應用實例：測定正極材料磷酸鐵鋰中主量和雜質元素

樣品消解后，用 ICP-OES 分別對主量和雜質元素進行分析。ICP-OES 使用了中階梯光柵和棱鏡二維分光系統結構，優異的 光學系統結構可以有效地避免 Fe、Li、P 基體光譜背景對雜質元素的譜線干擾；全波段同時讀取結合 2 Mhz 高速讀取天然 防溢出 400 萬像素 CID 檢測器，提供了整機*佳的穩定性和分析速度優勢，實現靈敏度與線性范圍的互補。采用簡單易操 作的外標法測試所有雜質元素可在 1 分鐘內測試完成并獲得 90%-110% 的回收率， 主量元素可獲得相對標準偏差小于 1%  的穩定性。全可拆卸式 EMT 炬管設計，確保具有最/低的耗材運行成本，成為鋰電池行業中多種主量、雜質元素測量需求的 最/佳/選擇方案。

ICP-MS

Thermo ScientificTM iCAP RQ ICP-MS 為高通量檢測和科研實驗室提供多元素檢測的完整解決方案。擁有*抗干擾能力和 直觀清晰操作流程的 iCAP RQ ICP-MS，不僅確保大批量數據的準確性，提高實驗的分析效率，而且極大程度提升實驗室 的檢測能力

ICP-MS 應用實例：測定正極材料鎳鈷鋁酸鋰中的 Fe Cu Sn 元素含量 

ICP-MS 能夠滿足三元材料中極低含量的雜質元素檢測，但是采用 ICP-MS 測試三元材料中 Fe、Cu 元素時，常常會受到材 料中錳和鎳元素的多原子干擾， Thermo Scientific iCAP RQ ICP-MS 擁有低質量剔除功能的碰撞反應池技術，對于多原子 離子干擾可以有效去除。

賽默飛 GC 在鋰電池行業中的應用

電池在老化、放電等過程中會產生各種氣體成分，這些氣體成分會對電池的性能產生影響，甚至有些可燃性氣體會造成安 全隱患。常見產氣成分有 H2、CO、CO2 等永/久性氣體以及 CH4、C2H4、C2H6 等烷烴類氣體以及其它可揮發性化合物。 Thermo ScientificTM TRACETM 1300 系列氣相色譜儀集快速、易操作、緊湊型設計于一身，為用戶提供不可思議的高實驗室 生產率，同時大大降低了實驗成本。

應用實例：GC 分析電池鼓包氣體 

對電池鼓包氣體分析時，采用多閥多柱多檢測器聯用方案進行分離檢定，樣品各組分進入閥路系統、經 多閥切割分離后， 組分 H2、O2、N2、CO、CO2 經 TCD 檢測器測定得到數據；C1-C5、C6+ 的組分經 毛細柱分析系統分離后經 FID 檢測器測得相應數據。 27 C1-C5、C6+ 的組分經毛細柱分析系統分離后經 FID 檢測

賽默飛 GC-MS 在鋰電池行業中的應用

鋰電池電解液是電池中離子傳輸的載體。一般由鋰鹽和有機溶劑組成。有機溶劑主要是酯類化合物，這些酯類化合物種類 和含量對鋰電池的性能起關鍵性作用。通常采用 GC/MS 對鋰電池電解液組分進行定性和定量分析。 Thermo ScientificTM ISQTM 7000 GC-MS 單四極桿系統，擁有高穩定性和卓/越靈敏度，大幅提高實驗室效率及生產力，滿足 客戶最/具挑戰性的分析需求。

應用實例：GC-MS 分析電解液中的組成成分 

選擇乙酸乙酯作為溶劑溶解電解液后再直接進樣，采用賽默飛世爾新型的氣相色譜質譜儀檢測和確證，實驗結 果滿足鋰電池電解液組成成分分析要求。

賽默飛 GC Orbitrap GC-MS/MS 在鋰電池行業中的應用

隨著電解質的降解，會形成多種復雜的分解產物。降解機理及其產生的降解產物通常是未知的。利用高分辨氣相色譜質譜 通過化學電離（CI）產生的精確質量碎片離子和分子離子來獲得更低的檢測限和更豐富的信息，這些額外的信息能夠檢測 和鑒定到更多的電解質降解產物， Thermo ScientificTM 高分辨氣質聯用儀 GC Orbitrap GC-MS/MS 的不斷發改進，超越日常檢測需求，不僅可以簡化操作，還 可以始終提供準確結果。此外，該系統采用全新分析流程，緊跟不斷變化的分析需求，最大限度地延長了系統正常運行時 間并擴展了實驗室分析能力。

應用實例：GC Orbitrap GC-MS/MS 分析電池中電解質的降解產物

從 18650 個電池中提取電解質，在 20℃下循環，用二氯甲烷進行 1:10 稀釋，利用高分辨氣相色譜質譜系統獲得電解質提 取物色譜圖，研究的保留時間為 3 至 10 分鐘（a）和 10 至 14 分鐘（b）GC Orbitrap GC/MS 系統結合了高分辨率 GC 和 高分辨率精確質量（HRAM）Orbitrap.MS 的*功能，能夠對發現分析中的樣品提供更全面的表征 , 可以以非常低的樣本 濃度水平獲取更多化合物的精確質量信息，從而能夠獲得針對電解質老化中涉及的復雜反應機理的更廣泛和更深入的見解。

賽默飛輝光放電質譜 GD-MS 在鋰離子電池行業中的應用

Thermo ScientificTM ELEMENT GD PLUS 輝 光 放 電 質 譜 儀 (GD-MS) 結合了 µs- 脈沖快速流輝光放電離子源、高分辨雙聚 焦質量分析器、超過 12 個數量級的自動檢測系統等多項先進技術，是高純固體材料、合金樣品、非導體粉末樣品直接分 析的方法。 GD-MS 是利用稀有氣體 ( 主要為 Ar) 低壓放電產生等離子體，作為放電陰極的樣品在等離子體陰極暗區被濺射，以原子的 形式進入等離子體，之后原子在負輝區被電離形成可以分析的質譜信號。樣品陰極濺射與離子化過程分離，這使得 GD-MS  的基體效應最大幅度的減小。 22 實現不間斷運行。 保留時間 [ 分鐘 ] 保留時間 [ 分鐘 ] 從 18650 個電池中提取電解質，在 20℃下循環，用二氯 甲烷進行 1:10 稀釋，利用 Q Exactive GC Orbitrap GCMS/MS 系統獲得電解質提取

應用實例：測定鋰離子電池石墨電極中的金屬元素分布

鋰離子電池在充放電的過程中會不可避免地發生電量衰，目前可能的機理可解釋為在電池使用中，石墨負極的表面由于電 解液中鋰離子析出而形成鈍化層，而且隨著鋰電池充放電循環的進行，鈍化層會逐漸變厚，進而導致電池容量衰減。此外， 電池正極中的過渡金屬會進入電解液甚至可能會在碳電極上發生沉積，也會影響電池性能。用 GD-MS 對鈍化層中金屬元 素的分布進行深度曲線的定量分析可以發現，初始位置濃度較高，對應負極鈍化層；濃度穩定區域是由于填充在石墨電極 空隙中的電解液，在充放電后由于有機質的揮發而留在多孔結構中。而右下圖中電極中過渡金屬的濃度較低，低于自制標 準的下限，也與其它相關報道的結果吻合。