可充電鋰電池（LIB）廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動汽車（EV）。為了應(yīng)對快速增長的市場需求，LIB 廠家正追求制造出儲能更多、更小更輕、且充電速度更快的 LIB。鋰鹽作為鋰離子電池的主要成分之一，在離子電導(dǎo)率、電池的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性、以及系統(tǒng)的腐蝕性中起著重要的作用。因此，對鋰鹽的分析是提高 LIB 性能的關(guān)鍵步驟之一。

為了保證電池的安全和性能，鋰離子電池制造商必須確保使用正確的原材料用于制造。傅里葉變換紅外（FTIR）光譜學(xué)是一種非破壞性技術(shù)，操作簡便且不需要任何樣品前處理，廣泛應(yīng)用于原材料鑒定。

鋰鹽鑒別的難點(diǎn)在于有些鹽具有吸濕性，有毒、易燃、易分解等安全隱患。例如，LiPF6 易與水反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生劇毒的氟化氫（HF）氣體。因此，一般建議在手套箱中測試鋰鹽。

本應(yīng)用演示了安捷倫 Cary 630 FTIR 在手套箱中進(jìn)行常用鋰電解質(zhì)鹽的鑒定。

圖 1. Cary 630 FTIR 采用超緊湊的設(shè)計(jì)，可于手套箱中測試得到高質(zhì)量的結(jié)果

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

儀器：

Cary 630 FTIR 搭配金剛石 ATR 附件。

測試流程：

利用軟件自建庫功能將列表 1 中常見的 7 種鹽的紅外光譜錄入光譜庫，然后用于識別 4 個“未知”鹽樣（圖 2）。

表 1. LIB 鹽光譜庫

圖 2. Cary 630 鑒定 LIB 鹽的工作流程

軟件

Cary 630 FTIR 使用 MicroLab 軟件控制，該軟件使用圖形界面指導(dǎo)用戶完成樣品的分析步驟（圖 3）。

圖 3. 直觀的安捷倫 MicroLab 軟件

Microlab 采用圖片導(dǎo)航模式，可以減少培訓(xùn)需求，并將基于用戶主觀的錯誤風(fēng)險(xiǎn)降至Z 低。可以通過軟件設(shè)置不同的匹配度級別，用不同顏色直觀地區(qū)分檢索結(jié)果的相似度指數(shù)（HQI）值。

結(jié)果和討論

Cary 630 FTIR 和 LIB 鹽樣品保存在手套箱中干燥的惰性氣體（氬氣）下直至使用。測試時放置少量固體樣品到 ATR 晶體上，并旋緊壓力頭進(jìn)行紅外測量。測試完成后，使用輕溶劑和無塵布將晶體擦拭干凈。使用相似度算法搜索用戶生成的光譜庫，鑒定所有未知樣品。每個樣本的 HQI 值均高于 0.98，如表 2。

表 2. Cary 630 FTIR 獲得的 LIB 鹽鑒定結(jié)果

在這項(xiàng)研究中，HQI 高于 0.95 的結(jié)果顏色標(biāo)記為綠色表示光譜匹配良好。測量樣品后，軟件直接在屏幕上顯示Z 終答案，無需任何輸入。軟件自動執(zhí)行庫搜索并為操作員提供Z 終的顏色標(biāo)記結(jié)果。

圖 4. 四種 LIB 鹽樣品（紅色）檢索結(jié)果（藍(lán)色）比對

結(jié) 語

安捷倫 Cary 630 FTIR 提供了簡單易用的 LIB 鹽材料鑒別的解決方案。作為世界上Z 小和Z 輕的臺式傅里葉變換紅外光譜儀，Cary 630 FTIR 可置于手套箱內(nèi)以避免鋰鹽測試發(fā)生危險(xiǎn)。Cary 630 FTIR 搭配 MicroLab 軟件可快速簡便地生成 LIB 鹽譜庫，該譜庫能夠準(zhǔn)確地識別 4 個未知鹽樣品（HQI >0.98）。軟件根據(jù) HQI 值對識別結(jié)果進(jìn)行顏色標(biāo)記，可以輕松查看數(shù)據(jù)質(zhì)量。這項(xiàng)研究顯示了 Cary 630 FTIR 配備 ATR 采樣模塊用于材料鑒定的優(yōu)勢。該方法還支持在化學(xué)品，材料等領(lǐng)域的研究，以及下一代電池的開發(fā)工作。