利用核磁共振实现性能优化及质量控制

便携式电子产品的广泛使用及电动汽车市场的快速增长，使得能源存储的需求与日俱增。为满足不断增长的需求，就需要持续开发新的电池技术，并优化现有的生产技术。台式核磁共振在电池技术的诸多领域都起着重要的作用。

现阶段，所有的商品化电池及那些预计将在5年内投产的电池都是基于液态电解液技术，这使得核磁共振技术成为支持其发展的有效分析工具。电解液是锂离子电池的重要构成要素，通常包括了锂盐电解质、有机溶剂和添加剂。电解液的作用从本质上讲是为离子提供自由脱嵌的环境，实现电池正负极之间的电流传导。由于电解质、有机溶剂和添加剂种类繁多，不同组成和配比的电解液在热耐受性、化学稳定性、离子电导率和电极相容性等方面可能存在显著差异，这将极大地影响电池的性能、寿命、安全性以及使用范围。因此，准确全面的表征电解液，了解并控制其作用特性，是电池理论研究和应用开发不可或缺的重要环节。

电解液的发展

目前的电解液是基于溶解在有机溶剂混合物中的Li⁺或Na⁺盐，典型的有机溶剂是碳酸乙酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）或碳酸丙烯酯（PC）。电解液的关键性能参数之一是离子迁移率。利用我们X-Pulse宽带台式核磁波谱仪，电解液中所有不同物质的扩散系数和离子迁移率均可在反应现场完成快速测定。单一一台X-Pulse即可检测多种NMR活性核，意味着阳离子(⁷Li,²³Na)、阴离子(³¹P,¹¹B,¹⁹F)和溶剂(¹H,¹³C)成分都能被单独测量。

7Li：量化Li浓度并快速识别化学环境中的变化

¹⁹F：识别主要氟化成分以及降解产物和污染物

质量控制

宽带台式核磁共振是一种功能强大且易于使用的技术，可用于提高电池电解液的质量控制。仪器可分析原料和最终产品的化学成分，并对这些复杂混合物的纯度进行测定。这包括利用¹H NMR分析溶剂，使用¹⁹F, ³¹P和¹¹B NMR分析氟盐和稳定剂。此外，通过⁷Li和²³Na NMR还可以测定溶液中电解质阳离子的性质。

电解液降解过程中及降解后，X-Pulse可快速检测出分解产物，并诊断出商用锂离子电池性能差异的原因。核磁共振反应监测技术还可以准确地表征竞争反应动力学。此外，脉冲场梯度核磁共振还能量化电解液物理性质的差异，包括“正常”和降解电解液的自扩散性能。