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锂电池
锂电池由于其高能量密度、无记忆效应、充放电速度快等优点，自发明以来广泛用于笔记本电脑、手机等3C电子产品。近年来，随着新能源汽车的发展，锂离子动力电池作为电动汽车的核心部件，需求和产量都大大增加。电解液作为锂电池的重要组成部分，其成分、比例直接影响电池的性能、寿命。此外，电池使用过程中电解液还可能因为反应、降解等原因发生比例甚至成分上的变化，研究清楚电解液的成分及其在使用过程中的变化，有助于帮助我们更深刻地理解锂离子电池反应机理，从而更好地研发新产品。
然而，电解液中很多成分为离子型化合物，在常规液相色谱上没有保留，需要用离子色谱才能实现较好的保留与分离；新产品及使用过程中的降解产物通常是未知的，仅通过离子色谱难以对其进行定性。要解决这一难题，需要全新的思路与手段。
赛默飞离子色谱与Orbitrap超高分辨质谱作为各自领域的王者，二者联用可产生“1+1>2”的效果。结合离子色谱对离子型物质优良的保留与分离，和高分辨质谱对未知物准确的定性，可精确分析锂离子电池电解液中的未知成分。
电解液常见的锂盐添加剂如六氟磷酸锂（LiPF6）、二氟磷酸锂（LiPF2O2）、四氟硼酸锂（LiBF4）均能在IC-MS上有良好的保留和信号，而赛默飞Orbitrap静电场轨道阱质谱拥有超高的分辨率，能在亚ppm误差水平准确测定未知离子的质荷比，从而推断最可能的分子式。
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对于结构更复杂的物质，仅依靠一级质谱无法确定其结构，而Orbitrap对二级碎片的测定同样准确，综合分子式的测定和二级碎片元素组成，可以对结构更复杂的电解液成分进行准确推断。
某成分一级质谱及二级质谱解析
（点击查看大图）
另一方面，虽然电解液中大部分物质在LC-MS上没有保留，不利于分析，但对于部分易水解的物质，其在离子色谱分析的过程中会发生水解，只能检测到水解产物，然而可以在LC-MS上直接检出原物质，作为对IC-MS结果的有效补充。
某成分一级质谱及二级质谱解析
（点击查看大图）
此外，IC-MS在分析电解液时，通常采用阴离子交换柱以及阴离子抑制器，只能分析样品中的阴离子成分，而LC-MS无此限制，借助Orbitrap正负模式同时扫描的功能，可以同时获得阳离子和阴离子的信息，除了锂盐添加剂（阴离子）外，还能测定碳酸酯溶剂（阳离子）。
碳酸二甲酯（DMC）一级质谱图及二级质谱图（点击查看大图）
结 语
本文利用赛默飞Orbitrap超高分辨质谱仪分别与Aquion离子色谱仪及Vanquish液相色谱仪联用，展示了赛默飞仪器在分析锂离子电池电解液典型成分的独家分析方案。离子色谱能有效保留、分离电解液中的离子型化合物，供质谱检测。Orbitrap系列质谱超高的分辨率与准确的质量测定保证了对未知成分分子式的测定和结构解析。二者结合，可有效分析电解液中未知成分。此外，液相色谱分析大部分电解液成分虽然都不保留，不利于检测，但相对于离子色谱可提供两方面的补充：1、部分物质在离子色谱分析时水解，难以直接检测到，可以通过液相色谱检测；2、离子色谱一次分析只能分析电解液中的阴离子，液相色谱可同时分析阴阳离子，在阴离子添加剂之外分析碳酸酯溶剂的信息。赛默飞离子色谱及液相色谱前端均可与质谱直接连接，切换方便，二者结合，可最大程度地解析电解液中的所有成分。
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