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鋰電池極片中N-甲基吡咯烷酮（NMP）氣相色譜分析方法選擇
N-甲基吡咯烷酮（NMP）是具有高沸點，低蒸汽壓，溶解性強，穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異物理、化學性的有機溶劑，被廣泛用于鋰電池極片、尤其是正極極片的生產和制造過程中。
在電池勻漿過程中，NMP 作為溶劑，可以很好的溶解粘結劑（PVDF）、鋰鹽以及導電物質，使其充分均勻的相互接觸。勻漿在鋁箔上涂布完成后，經過烘干后回收、輥壓、真空干燥等工序制造成為電芯。
由于在烘干過程中涂層會產生多孔結構，從而使部分 NMP 殘留其中不能被完全去除。少量的 NMP 殘留可以增加涂層的柔韌性，以及與鋁箔基材的粘附性，使涂層更加牢固不易開裂。然而過量的 NMP 殘留（> 1.0%），則可能破壞負極的 SEI 層，影響電池的充放電性能以及循環(huán)壽命。因此測定電極極片中 NMP 的殘留則是極片生產制造中必不可少的步驟，以保證極片的性能。
方法前言
目前極片中 NMP 殘留可以使用 GC-FID 或者 GCMS 進行分析，然而極片中 NMP 殘留的分析的難點在于如何將 NMP 從多孔涂層中提取出來。目前主流的樣品前處理主要有超聲輔助萃取及頂空法兩種方法。兩種方法優(yōu)缺點及適用場景對比如下：
安捷倫科技針對上述兩種方法進行了開發(fā)驗證，并著重對超聲萃取法做出了針對性的優(yōu)化。
1 超聲輔助萃取法
本方法對溶劑類型，使用體積以及超聲時間等條件進行考察優(yōu)化。此外針對相應文獻中均沒有提及的極片中 NMP 的萃取效率進行了研究和開發(fā)，以方便客戶根據(jù)自身極片性質更好的優(yōu)化萃取參數(shù)，使檢測結果更加準確可靠。
方法步驟
將 0.8 ~ 1.0 g 左右樣品置于 10 mL 乙醇中，經超聲萃取、過濾，取 1.0 μL 樣品進行色譜分析。
GC 分析條件：見譜圖
NMP 譜圖
為了探究 NMP 可能的取代溶劑 DMF 及 DMSO，本方法對上述 3 種組成的保留時間和分離度進行了考察。
更友好的萃取溶劑
本方法從溶劑萃取能力，毒性，價格以及對進樣分析系統(tǒng)的影響等方面，對不同的溶劑（水，甲醇，乙醇，乙酸乙酯）進行了測試，最終選取價格便宜毒性較低，并且萃取效果較好的乙醇作為萃取溶劑，以降低實驗室開支并且保護操作人員以及實驗室環(huán)境。
更少的溶劑用量
相比于文獻報道中使用 30-40 mL 溶劑進行萃取的方法，本方法僅使用 10 mL 溶劑則可將 NMP 從極片中充分萃取出來。
更短的萃取時間
相比于動輒接近 1 小時的萃取時間，對于未經輥壓以及輥壓力度適中的極片，均可在 10-15min 內使得萃取效率達到 90% 以上。
極片萃取效率測試方法如下
取適量極片按照樣品前處理方法處理，設定不同萃取條件，進行萃取效率及條件優(yōu)化系列試驗，根據(jù)色譜分析結果，確定最終實驗方法和色譜條件。
萃取方法原理示意圖
試驗結果取得較好結果
NMP 在相對較寬的濃度范圍內均取得線性關系(0.9998)；優(yōu)異的回收率（96.1%-103.3%）；較高的準確度（-2.5%-1.1%）；可靠的重復性（< 2.0%）；較低的檢測限（0.085 mg/L）。
實際樣品譜圖
2 氣相色譜頂空進樣器法
對于固體或粉末樣品中的有機組成分析，無疑頂空法具有普適性和成熟經典的選擇優(yōu)勢，成為此分析的比較對象。
頂空方法步驟
精確稱量的極片放入頂空瓶中，壓緊瓶蓋，放入安捷倫 8697 XL 頂空儀，恒溫平衡一段時間，之后頂空瓶上端氣體被定量引入 GC 分析，依據(jù)外標法定量。
重現(xiàn)性和線性考察
在添加了不同濃度 NMP 標樣的空白正/負極片上進行。在低、中、高三個濃度水平（n=6）和 4-200 µg/g 含量范圍內對方法重現(xiàn)性和線性進行了考察。三個測試濃度下，正負極片上定量重現(xiàn)性在 1%-4% 間。在負極極片上外標曲線線性回歸系數(shù) R2>0.999，方法檢測限是 0.025 µg/g；不同來源正極極片上標曲線性回歸系數(shù)在 0.980—0.999 范圍內變化，方法檢測限<0.3 µg/g。
負極極片樣品頂空法提取后在 8860GC 上測定的譜圖
頂空方法和超聲輔助萃取法對正負極片測定結果的比較
方法總結
頂空法和超聲輔助萃取方法對于正/負極片的測定結果顯示兩種制備方法，適用于不同的分析場景。超聲輔助萃取的準確性更高；而對于工藝成熟，質量穩(wěn)定的極片生產線，頂空法穩(wěn)定的分析結果和更高的自動化程度提高了樣品分析通量，可以為產品質量控制提供更為及時的反饋。