SCIEX高分辨质谱仪拆解锂电池背后的黑科技

2025-10-23 14:07:33, SCIEX SCIEX

在全球“双碳目标”与能源转型浪潮的推进下，新能源汽车与储能产业迎来高速发展，锂电池作为核心部件，其性能与安全性日益成为行业关注的焦点。为应对市场对锂电池高能量密度、长循环寿命及高安全性的迫切需求，对其材料的精准表征与机理研究显得尤为重要。

SCIEX高分辨质谱仪凭借其高分辨率、高灵敏度的分析特点，为锂电池电解液组成、固体电解质界面膜（SEI膜）结构解析、循环过程中组分演变及材料回收评估等关键环节提供了系统解决方案，助力深入理解锂电池性能衰减机制与材料构效关系，为下一代高性能锂电池的研发与评价提供坚实的技术支撑。

案例一：结合组学思路对电解液成分分析

采用组学思路系统评估电解液性能，通过对不同品牌来源、不同放置时间及不同循环周期等多维度样本进行差异性分析，结合统计学方法筛选并鉴定差异标记物。该策略为电解液性能研究提供了强有力的分析方法支撑。

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统计学软件部分界面展示

方案的优势和特点

基于SCIEX本地与在线数据库，整合靶向与非靶向数据分析流程，可实现对目标化合物的精准识别与结构解析，为电解液成分的系统研究提供完整技术方案。

采用 IDA+DBS采集技术在超快的扫描速度下（≥100Hz）对锂电池电解液成分进行快速准确鉴定，一针进样同时获得高分辨一级和二级质谱图。

ESI源和APCI源可兼顾不同性质的化合物，可以更全面的表征化学成分。

组学分析软件MarkerView™操作简单，快捷，直观，可实现对海量数据的快速处理与差异标记物的高效筛选，显著提升分析效率与解析深度。

案例二：离子色谱串联质谱系统在电解液中锂盐检测

电解液中锂盐及添加剂的具体种类、含量与配比，对电池综合性能具有关键影响，因此对其含量进行准确监测十分重要。离子色谱能够对多种锂盐化合物实现有效分离与保留，结合高分辨质谱系统，可进一步实现锂盐的高灵敏度快速定性与定量分析。

在定量分析方面，采用MRM^HR高灵敏度定量采集模式，具有优异的选择性、更高的信噪比和检测灵敏度。该方法共测试10种锂盐，例如六氟磷酸锂（LiPF₆）、二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）、双氟磺酰亚胺锂（LiTSI）与三氟甲磺酸锂（LiCF₃SO₃）等相关离子可被稳定检出。

在定性分析方面，以LiTFSI为例，其一级精确质荷比偏差（Mass Error < 1 ppm）、同位素分布拟合结果以及基于Formula Finder的分子式预测数据如图所示。进一步借助软件的Fragments Pane功能，可系统解析二级质谱图中碎片离子所对应的结构信息，图中同时展示了该化合物的一级与二级质谱图及其相应的碎片归属结果。基于该方法，进一步对4种锂盐的降解行为进行研究，并结合其质谱特征实现成分溯源分析。

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方案的优势和特点

该研究采用离子色谱串接高分辨质谱系统（IC-HRMS）实现了锂电池中10种锂盐的高通量定性和定量分析，且研究了4种锂盐的代谢和降解规律，同时可以实现溯源。

离子色谱串接SCIEX质谱，无需分流，也不需要额外引入第三个管路引入有机试剂促进离子化。

Turbo V™离子源具有超高的离子化效率，耐受高流速纯水相。

实验采用MRM^HR高灵敏度定量分析模式，选择性更好，信噪比更高，灵敏度更高。

案例三：直接进样法在电解液中助溶剂的应用

锂电池电解液中的助溶剂成分主要包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸甲乙酯（EMC）等。不同来源的电解液在助溶剂配比上存在差异，这种差异会直接影响锂电池的综合性能表现。质谱技术可用于系统表征电解液中助溶剂的组成及其在电池循环前后的变化趋势。

本实验采用直接进样质谱法，有效避免了复杂前处理可能带来的样品失真，实现了助溶剂成分的快速、准确分析。实验结果表明，直接进样法能够清晰捕捉锂盐与助溶剂之间形成的多种分子聚合形态，包括单聚体、二聚体及其他多聚体结构。这些发现为理解助溶剂在电解液中的存在形态和作用机制提供了直接证据。该方法具有操作简便、分析快速、灵敏度高等特点，不仅为电解液配方优化提供了可靠的分析手段，也为研究电池性能与助溶剂组成之间的构效关系奠定了方法学基础。