新能源大時代|安捷倫攜全套分析方案護航新能源電池產業鏈

近年來，隨著全球對可再生能源需求的不斷增加，二次電池行業市場迅速崛起。從電動汽車、消費電子產品再到儲能領域，對二次電池的需求量日益增長。所謂二次電池，指的是在電池放電后可通過充電繼續使用的電池，又被稱為充電電池或蓄電池。隨著新型應用場景和技術路線持續涌現，多元化的技術發展策略已然成為二次電池行業發展的主旋律。

鋰離子電池具有電壓高、比能量高、循環壽命長、環境友好等優點，并具有良好的能量密度和功率密度，是目前主流類型的二次電池。從鋰離子電池技術演進的路徑來看，液態鋰電池能夠實現的能量密度已經逐漸接近了它的極限，固態鋰電池技術逐漸減少對液態電解質的依賴，能量密度高、安全性高，是未來鋰電技術的重要發展方向之一。鈉離子電池比鋰離子電池的成本更低，且具有資源豐富、高安全、轉換效率高等方面的優勢，其產業化進程正全面加速，并有望成為鋰離子電池之外的另一種實現大規模商業化應用的二次電池技術，在儲能、低速電動車等領域具有廣闊的應用前景。

安捷倫科技（Agilent）作為分析技術領域的全球領導者，在新能源電池材料從無機到有機檢測的各個領域積累了深厚的經驗積淀、海量的數據資源和廣泛的客戶群體。現已推出了新能源電池產業鏈全套分析解決方案，覆蓋了新能源電池產業鏈（包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液、電池回收/循環利用等）中質控和研發的各個環節，為新能源電池產品質量保駕護航。

鋰/鈉離子電池產業鏈中的常見分析項目

鋰/鈉離子電池公司原材料（上游材料）檢測或電池生產管理：包括鑒別實驗、理化性能、電化學性能分析、化學成分分析等項目

金屬雜質、磁性雜質分析（AA、ICP-OES 或 ICP-MS）

·  SO4^2-、Cl^- 等陰離子及 Si 等非金屬元素分析（UV-Vis）

· 電解液等原材料鑒別和解析（FTIR）

· 石墨類負極材料有機物含量測試、電極片上溶劑殘留（GC-MS）

· 隔膜的分子量檢測（GPC）

· 電解液（包括添加劑）成分分析、溶劑組分含量測定（GC、GC-MS 等）

鋰/鈉離子電池研發：電池產品安全性能、循環壽命、功率密度、能量密度等關鍵指標的研究

· 電池鼓包氣通常采用氣相色譜儀（GC）或氣相色譜質譜聯用儀（GC-MS）分析氣體成分

· 電解液、添加劑成分分析（GC、LC 或 GC-MS）

· 電解液未知成分分析（GC-Q/TOF 或 IC/LC-Q/TOF）

廢舊電池回收利用：對廢舊電池中的有價值金屬元素進行提取并循環再利用

· 電池用 N- 甲基吡咯烷酮（NMP）的純度分析（GC）

· 有價值的金屬元素（Li、Ni、Co、Mn 等）的含量分析（AAS、ICP-OES 或 ICP-MS）

· ROHS、REACH 等法規要求檢測有害污染物質（AAS、GCMS、ICP-OES、UV 等）

現行鋰離子電池國家標準（例如 GB/T 20252-2014《鈷酸鋰》、GB/T 24533-2019《鋰離子電池石墨類負極材料》）規定使用 ICP-OES 或等同性能的分析儀器檢測主量元素及微量雜質元素，并對磁性物質進行分析。另外，現行國家標準 GB/T 30835-2014《鋰離子電池用炭復合磷酸鐵鋰正極材料》、GB/T 24533-2019《鋰離子電池石墨類負極材料》和 GB/T 30836-2014《鋰離子電池用鈦酸鋰及碳復合負極材料》等標準中規定依據 IEC 62321 方法，使用 AAS、ICP-OES 或 ICP-MS 等儀器對材料中的 Cd、Pb、Hg 和 Cr 等限用物質進行檢測。

2023 年 7 月 28 日，歐盟官方公報發布關于電池和廢電池的法規 (EU) 2023/154。新法規規范了電池從生產到再利用和回收的整個生命周期，并確保其安全，可持續和具有競爭力。法規不僅提到除滿足歐盟 REACH 法規附錄 XVII 和歐盟 ELV 指令規定的有害物質要求外，還限制了電池中的 Hg，Cd，Pb 的含量。

難點分析

在正極材料方面：

正極材料中主量元素的百分比含量及摩爾比對正極材料的質量控制至關重要。而測定主量元素的百分比和摩爾比對儀器的穩定性提出了非常高的要求。

在電解液方面：

電池電解液樣品的復雜基體（含高鹽、高有機成分和含 F 成分）會產生電離干擾、物理干擾等，給儀器的基體耐受性和抗干擾能力帶來極大挑戰。同時，電池材料的復雜基體為軟件的干擾扣除能力帶來了巨大挑戰。

安捷倫解決方案

Agilent ICP-OES 采用垂直雙向觀測結合 CCI 冷錐接口專有技術，具有出眾的復雜基體耐受性和抗干擾性，可保證正極材料中主成分分析和摩爾比分析的穩定性，并實現對正負極材料和電解液中元素雜質的準確分析。

Agilent ICP-OES 采用專有技術的 VistaChip II CCD 檢測器能夠為每個像素提供溢出保護，使 5800/5900 ICP-OES 具有優異的線性范圍，適用于分析鋰離子電池正極材料中的 Li、Ni、Co、Mn 等主量元素以及 Cu、Pb、Zn 等微量元素。

Agilent ICP-OES 的 ICP Expert 軟件獨有的擬合背景校正技術 (FBC) 采用先進的數學擬合算法，無論樣品復雜程度如何，均可準確、全自動完成背景校正。對于鋰離子電池材料復雜基體產生的背景信號，用戶只需交給 FBC 便可得到準確結果，無需耗費時間進行手動調整。

安捷倫 ICP-MS 采用專有高基體進樣系統 (UHMI)，可使用高純氣體對整批混合樣品進行在線稀釋，大幅增強直接分析復雜基體樣品的能力，省去繁瑣的樣品分類和手動稀釋操作，從而顯著提高分析效率；同時明顯減少由水引入的氧化物干擾，從而大幅改善檢出限。與能夠耐受 < 0.2% 總溶解固體 (TDS) 的傳統儀器相比，安捷倫 ICP-MS 可耐受高達 25%（配備 UHMI時）的 TDS。

安捷倫氣相色譜系統測定鋰離子電池電解液中的碳酸酯類溶劑和添加劑

采用直接進樣，能夠在 14 分鐘內完成對 13 種碳酸酯和添加劑的分析

該方法在 10–500 mg/L 的濃度范圍內表現出良好的線性，目標化合物校準曲線的線性回歸方程相關系數 (R² ) 均高于0.9996

目標化合物的保留時間和峰面積相對標準偏差 (RSD) 分別小于 0.04% 和 1.50%，表明該方法具有出色的穩定性

13 種碳酸酯和添加劑化合物

Agilent 8890 氣相色譜儀

標樣譜圖

實際電解液樣品譜圖

產業鏈檢測需求分析

在鋰離子電池研發過程中，需要對未知有機物進行定性分析。例如，在循環性能研究中，需要對電池循環后電解液中產生的未知化合物進行分析，因為這些化合物可能對鋰離子電池性能產生影響。安捷倫推薦采用 IC/LC-Q/TOF 或 GC-Q/TOF 對未知化合物進行精確定性分析。

Agilent 6546 LC-Q/TOF

Agilent 7250 GC-Q/TOF

IC/LC-Q/TOF、GC-Q/TOF 的應用

未知物結構推導與解析軟件 MassHunter MSC (MS/MS StructureCorrelation)：對于碎片離子比較復雜且數據庫中未收錄二級質譜的化合物，可采用未知物結構推導與解析軟件進行未知化合物結構推斷

根據 MassHunter MFE 分子信息提取功能：IC/LC-Q/TOF 數據特點專門開發的分子特征提取功能 (MFE)，可自動、快速地從譜圖中提取出全部化合物，并借助精確質量數、同位素信息、準確的二級質譜及結構輔助解析軟件，對未知化合物進行鑒定

質譜數據統計學分析軟件 Mass Profiler Professional (MPP)：可兼容 GC-Q/TOF、IC/LC-Q/TOF、ICP-MS 等質譜產品數據，通過主成分分析 (PCA)、無監督聚類分析、方差分析、文氏圖等統計分析算法，對樣品中的全部組分進行解析，并對差異顯著性進行分析

Q/TOF 數據庫與譜庫：利用個人化合物數據庫 (PCD) 以及自建化合物數據庫與譜庫 (PCDL) 進行精確質量數檢索，提供業內最全的數據庫與譜庫

產業鏈檢測需求分析

在鋰離子電池相關標準 YS/T 582-2013《電池級碳酸鋰》、GB/T 26008-2020《電池級單水氫氧化鋰》中，規定使用分光光度計法檢測 SO4^2-、Cl^-、Si 等物質；在 GB/T 19282-2014《六氟磷酸鋰產品分析方法》等標準中，規定使用紅外光譜等方法進行產品鑒別。

Cary 60 紫外-可見分光光度計的技術優勢：

• 長壽命氙燈，享受 10 年質保

• 開蓋檢測，免疫室光

• 可使用光纖附件，實現在線監測

• 性能穩定，使用維護成本極低

Cary 630 FTIR 紅外光譜儀的技術優勢：

• 設計小巧的臺式光譜儀

• 提供圖形化工作界面，操作簡單方便

• 防潮抗震，堅固耐用，運行可靠

• 短光路設計，不易受到空氣中水汽和二氧化碳的干擾

• 檢測速度快，是常規 FTIR 系統的 2 倍以上

使用安捷倫 Cary 630 FTIR 在手套箱中進行常用鋰電解質鹽的鑒定

Cary 630 FTIR 采用超緊湊的設計，可于手套箱中測試得到高質量的結果

真空和檢漏是汽車電氣化先進工業制造中的關鍵要素。安捷倫提供了完善的解決方案，助力向可持續交通工具的過渡。電池性能、壽命和整體質量在很大程度上取決于生產工藝的設計。真空和氦質譜檢漏技術的引入，對優化電池生產工藝具有重要意義。

• 基質材料混合 — 活性材料、粘合劑和導電劑在真空下混合，以達到所需的均勻性、粘度和純度。真空條件有助于消除氣泡，為電氣性能提供支持。

• 真空干燥 — 層壓的鋰離子電池會保留水分，必須通過干燥消除這些水分，并避免損壞電極的微觀結構。真空條件對于含水率的高低具有決定作用。由于電極所需的潔凈標準高，真空泵需要耐受溶劑和水汽，確保碳氫化合物不會返流到工藝腔體。

• 電極除氣 — 層壓并干燥后的電極表面具有充滿空氣的表面氣泡，必須通過真空處理將其去除。

• 復合集流體制造 — 復合集流體是當前鋰離子電池行業中最新的一種技術。相比鋰離子電池傳統集流體使用的純鋁箔、純銅箔，復合鋁箔、復合銅箔能夠顯著的提升電池安全性、降低電池成本、減輕電池重量。

• 電池泄漏檢測 — 隨著技術的進步，涌現出越來越多不同類型的鋰離子電池，以滿足汽車制造商不斷變化的要求。鋰離子電池可以用軟外殼制成軟包電池形，也可以用硬外殼制成圓柱形或方形電池。為確保電池使用壽命、性能和安全性符合標準，電池模塊和最終電池組的密封性至關重要。安捷倫檢漏儀和干泵提供了出眾的性能，適用于發現電池生產過程中的潛在有害泄漏。

安捷倫可以為上述應用提供性能卓越的旋片泵、羅茨泵、渦旋干泵、分子泵、擴散泵等產品。

安捷倫氦氣檢漏儀/安捷倫擴散泵