近紅外光譜檢測(cè)鋰電池添加劑含量的研究

于輝 龐敏

摘 要：目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋰電池添加劑質(zhì)量的分析和質(zhì)量的控制主要使用的是很一般的傳統(tǒng)的氣譜方法，這幾年國(guó)外的跨國(guó)公司開始把近紅外分析技術(shù)應(yīng)用到鋰電池添加劑含量的中間控制等，但是我們國(guó)內(nèi)利用近紅外方法定量分析鋰電池添加劑含量的文獻(xiàn)還未有多見，本文對(duì)利用近紅外光譜分析檢測(cè)鋰電池添加劑的含量測(cè)定進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜；碳酸亞乙烯酯；氟代碳酸乙烯酯；氣相色譜法；鋰電池添加劑

0 引言

由于近紅外在許多領(lǐng)域里使用都比較的頻繁，近紅外預(yù)處理簡(jiǎn)單方便，用到的試劑也比較少，分析所得結(jié)果快速準(zhǔn)確，傅里葉等人首次將近紅外分析法用在樣品分析上面，所以我們利用此技術(shù)對(duì)碳酸亞乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的含量進(jìn)行了測(cè)定，并且與氣相色譜法進(jìn)行比較，結(jié)果顯示近紅外光譜法測(cè)定的結(jié)果與氣相色譜法測(cè)定的結(jié)果相比無(wú)明顯差異。所以我們?cè)谥锌禺a(chǎn)品中加入不同含量的添加劑來(lái)得到校正集模型，選擇不同的波長(zhǎng)范圍以及主成分?jǐn)?shù)，最后得到碳酸亞乙烯酯的RMSEP為2.2%（%，w/w）.氟代碳酸乙烯酯的RMSEP為1.89%（%，w/w），說明采用PLS-NIR方法可以正確的預(yù)測(cè)鋰電池添加劑的含量。

1 實(shí)驗(yàn)步驟

1.1 校正樣品的配制

在前面的緒論中，已經(jīng)說過合格的校正集必須滿足幾個(gè)要求，一是校正集中要含有待測(cè)樣品中的所有化學(xué)組分，二是校正集中被測(cè)化學(xué)組分的濃度一定要包含待測(cè)樣品中被測(cè)組分的濃度，并且濃度要分布均勻。校正集中被測(cè)組分選擇哪個(gè)濃度范圍要根據(jù)待測(cè)樣品中被測(cè)組分的濃度來(lái)決定。三是校正集要有合適的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)的選擇和第二點(diǎn)也有一定的關(guān)系。

本章的研究對(duì)象是碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯，合格的添加劑中除了主含量外，還要包括原料、中間反應(yīng)產(chǎn)物等。校正集中碳酸亞乙烯酯的濃度在6～15%之間，氟代碳酸乙烯酯的濃度在10～30%之間，為了避免濃度共線性，碳酸亞乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的濃度是隨機(jī)變化的，配制好樣品的有效成分含量均采用氣相色譜測(cè)定。

對(duì)這兩種添加劑，各選取了20個(gè)配制樣品進(jìn)行氣相色譜測(cè)定，用來(lái)建立兩種添加劑的校正集。

1.2 光譜掃描及校正集模塊建立

1.2.1 碳酸亞乙烯酯

通過對(duì)以上20個(gè)配制樣品的近紅外掃描，再導(dǎo)入前面所測(cè)的氣譜結(jié)果，從而建立了碳酸亞乙烯酯的校正集模板。

1.2.2 氟代碳酸乙烯酯

通過對(duì)以上20個(gè)配制樣品的近紅外掃描，再導(dǎo)入前面所測(cè)的氣譜結(jié)果，從而建立了氟代碳酸乙烯酯的校正集模板。

1.2.3 模塊驗(yàn)證

1.2.3.1 準(zhǔn)確性

利用校正集模板對(duì)公司實(shí)際生產(chǎn)的10批碳酸亞乙烯酯樣品進(jìn)行檢測(cè)，并且再用氣相色譜做過含量比對(duì)，最大偏差為0.33%，最小偏差為0.10%，準(zhǔn)確性較好，符合分析要求。

利用校正集模板對(duì)公司實(shí)際生產(chǎn)的10批氟代碳酸乙烯酯樣品進(jìn)行檢測(cè)，并且再用氣相色譜做過含量比對(duì)，最大偏差為0.34%，最小偏差為0.03%，準(zhǔn)確性較好，符合分析要求。

1.2.3.2 精密性

各選取兩種添加劑的一種樣品，搖勻后分別吸取樣品6次制成6個(gè)樣品比色杯，在近紅外下各自進(jìn)行掃描，然后各自運(yùn)用各自的校正集模板分別計(jì)算出各自的含量，再對(duì)測(cè)得的含量數(shù)據(jù)進(jìn)行精密性分析，從而對(duì)所建立的兩種添加劑的近紅外分析模塊的穩(wěn)定性進(jìn)行了論證，通過計(jì)算，碳酸亞乙烯酯的RSD值為0.32%，氟代碳酸乙烯酯的RSD值為0.14%，兩種添加劑的RSD值均<1.0，精密性較好，符合儀器分析要求。

2 結(jié)論

從上面的兩種樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出：

近紅外光譜儀檢測(cè)添加劑的結(jié)果與氣相色譜檢測(cè)的結(jié)果能很好的吻合。近紅外測(cè)定同一樣品，重現(xiàn)性好。而且近紅外全過程采用多元線性回歸和偏最小二乘法對(duì)樣品組分進(jìn)行計(jì)算，全部由電腦軟件來(lái)完成，數(shù)據(jù)更加客觀。近紅外一次最多可以同時(shí)測(cè)定被測(cè)樣品的32種組分的含量。

近紅外光譜分析方法的分析速度快。通常檢測(cè)一批樣品只需要兩分鐘。添加劑含量的近紅外光譜測(cè)定法作為一種快速的測(cè)定方法，可以作為過程控制檢驗(yàn)的手。由于近紅外可以同時(shí)測(cè)定32中組分的含量。所以對(duì)一些復(fù)配制劑的檢測(cè)更為方便、快捷。

由于近紅外方法不破壞樣品，且快速，可以測(cè)定一些易分解、易降解、易氧化的樣品，另外近紅外還具有成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)。

目前來(lái)看離線檢測(cè)結(jié)果符合要求，下一步可繼續(xù)推進(jìn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，極大的推進(jìn)了安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性、及時(shí)性，為提高生產(chǎn)效益打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

于輝（1990- ），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)殇囯姵靥砑觿┑姆治鰴z測(cè)技術(shù)。

基金項(xiàng)目：蘇發(fā)改高技發(fā)（201499）