鋰離子二次電池研究開發(fā)的解決方案
電池的分類
電池大致可分以下幾類：我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的化學電池，利用半導體將光能直接轉(zhuǎn)換成電力的諸如太陽能電池的物理電池，利用酶和微生物的諸如燃料電池的生物電池。鋰離子二次電池屬于化學電池中的二次電池。一次電池有普遍使用的錳電池、堿性電池、汞電池等。相對一次性使用的一次電池（ Primary Battery ）， 二次電池（ Secondary Battery/Rechargeable Battery ）可反復充電后使用。最常見的二次電池是汽車使用的鉛酸蓄電池，下面就介紹一下作為充電式干電池使用的鎳鎘電池（ NiCd ），從環(huán)保的角度出發(fā)，不斷開發(fā)出了鎳氫（ NiMH ）電池、鋰離子（ Li-ion ）二次電池。
鋰離子二次電池的特點
二次電池的鉛酸蓄電池已有近百年的歷史，現(xiàn)在還廣泛用于汽車、不間斷電源等中。鉛酸蓄電池相對其他的二次電池，單位電容量的成本絕對要低，且能夠大電流放電，但鉛酸蓄電池的設置空間（大容量）要求高，重量較重，耐低溫性能差，缺點很多。鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子二次電池各有所長，我們認為未來將會向鋰離子二次電池方向靠攏。
鎳鎘電池是可以進行大電流放電的二次電池，且已經(jīng)用于剃須刀、電鉆等電動工具中。但鎘是一種環(huán)境污染物質(zhì)，形象不佳，歐洲要求企業(yè)有回收的義務，亟待解決。之后開發(fā)的鎳氫電池和鋰離子二次電池，單位容量的重量較重，存在記憶效應等問題，影響了推廣。然而隨著手機、筆記本電腦的普及， 20 世紀 90 年代出現(xiàn)的鋰離子電池具有優(yōu)越的重量容量密度。而且，沒有淺層放電和反復充電導致的放電容量下降（記憶效應），從而具有可補充充電的特點。
能量密度高
■ 相比鎳氫（ NI-MH ）電池，鎳鎘（ NiCd ）電池在相同容積條件下
■ 重量能量密度增至 2.0 至 5 倍
■ 體積能量密度增至 1.5 至 3 倍
工作電壓高
■ 約是鎳鎘電池、鎳氫電池 3 倍的高電壓
■ 可為串聯(lián)電池使用數(shù)量的 1/3
■ 電池使用設備可輕易實現(xiàn)小巧輕靈
無記憶效應
■ 可補充充電
環(huán)保且高度安全
■ 不使用鎘、鉛、水銀等不利于環(huán)保的物質(zhì)
■ 耐過度充電
■ 耐熱穩(wěn)定性高
可快速充電、具有隨充放電的高度循環(huán)特性
鋰離子二次電池的工作機理
通過鋰離子二次電池的充電放電機理，借助充放電，鋰離子通過隔板只是在正負極間來回移動。因此，陰、陽極材料基本上是形態(tài)的變化。
電解流劣化機理分析案例
通過 QTof MS 推測在充放電后電解液中生成的成分以及電極附著有機物的結(jié)構(gòu)
加速劣化試驗和劣化機理分析
通過新材料新物質(zhì)的穩(wěn)定性評價和性能變化等試驗，進行變化因素分的解析。對劣化樣本中雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析是搞清主要成分的分解和聚合等的劣化過程，以制定有效穩(wěn)定添加劑的選擇標準。劣化前后用 MarkarLynx 軟件的多變量分析（ OPLS 模式）進行比較分析是有效的。它可以很容易地從多種成分信息中提取和特定出有差異的成分。
鋰離子二次電池的組件
鋰離子二次電池研究開發(fā)的解決方案
通過加速劣化試驗和劣化機理分析工作中的工作流程機理分析，對加速劣化或者隨時間變化前后的樣品采用 UPLC®/ 飛行時間質(zhì)譜計進行 n ≥ 3 檢測，對全面檢測出的成分信息（保留時間、精度質(zhì)量、峰面積）自動進行制表。采用 OPLS 模式分析該成分，得到 S-Plot 。通過 S-Plot ， 可以輕松地提取出直觀的劣化前后的增減成分。 S-Plot 各連線對應精密質(zhì)量、保留時間所特定的各成分（峰）。紅色覆蓋的兩條連線表示劣化前后增減最多的成分。單擊該連線后，可以顯示趨勢連線，還可以確認劣化前后該成分的增減情況。預測這兩種成分在劣化中存在的氧化、還原、分解和聚合等關系。
電解液劣化機理分析的系統(tǒng)解決方案 UPLC/Xevo QTof MS （ UPLC/ 四極桿 _ 飛行時間質(zhì)譜儀）
■ IntelliStart 的自動校準功能
■ 具備 LockSpray 功能的高精度精密質(zhì)量測定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 最適合超速高度分離 LC
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP 、 APGC
UPLC/SYNAPT G2 HDMS （ UPLC/ 四極桿 IMS 飛行時間質(zhì)譜儀）
■ 配置離子遷移功能
■ TAP 碎片功能（碎片離子間的歸屬）
■ IntelliStart 的自動校準功能
■ 高精度 LockSpray 功能的精密質(zhì)量測定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 最適合超速高度分離 LC
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP 、 APGC 、 MALDI
UPLC/LCT Premier XE （ UPLC/ 飛行時間質(zhì)譜儀）
■ 向?qū)叫瘦o助功能
■ 高精度 LockSpray 功能的精密質(zhì)量測定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 同時測定正負對照
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP
GC/GCT Premier （ GC/ 飛行時間質(zhì)譜儀）
■ 向?qū)叫瘦o助功能
■ 高精度精密質(zhì)量測定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 附件直接導入探針
■ 支持 EI 、 CI 、 FI
參考文獻
Journal of The Electrochemical Society,151 （ 8 ） A1202-A1209 （ 2004 ） ,
“Identification of Li-Based Electrolyte Degradation Products Through DEI and ESI High-
Resolution Mass Spectrometry” , S.Laruelle, S.Pilard, P.Grugeon, S.Grugeon, and J.-M.
Tarascon.
