电解质

用核磁共振了解电解质

从便携式电子产品的广泛使用到快速增长的电动汽车市场，对能源存储的需求几乎每天都在增长。为了满足这一需求，需要不断开发新的电池技术，并优化现有技术的制造。台式核磁共振在电池技术的许多领域发挥着重要的作用。

目前，所有的商用电池和那些有望在未来5年内投产的技术都是基于液态电解质的。这使得NMR成为支持其开发的完美分析工具。电解质的作用本质上是为离子提供一个自由的脱嵌环境，并实现电池正极和负极之间的电流传导。

由于盐、有机溶剂和添加剂种类繁多，不同组成和比例的电解质在热阻、化学稳定性、离子导电性和电极相容性方面可能存在显著差异。这将极大地影响电池的性能、寿命、安全性和应用范围。因此，准确、全面地表征电解液，了解和控制电解液的作用方式，是电池技术发展和质量控制中不可或缺的。

电解质的发展

目前的电解质是基于Li+或Na+盐溶解在有机溶剂的混合物中，通常是碳酸乙酯(EC)，碳酸二乙酯(DEC)，碳酸二甲酯(DMC)或碳酸丙酯(PC)。了解这些电解质性能的关键参数之一是离子迁移率。使用我们的X-Pulse宽带台式光谱仪，电解质中所有不同物种的扩散系数和离子迁移率可以在发生发育化学的同一实验室中快速测量。在一个单一的X-Pulse仪器中可以获得广泛的核磁共振活性核，这意味着你的阳离子(⁷李,²³Na),阴离子(³¹P,¹¹B,¹⁹F)及溶剂(¹H,¹³C)所有组件都可以独立测量。

应用说明:电解质设计使用宽带核磁共振

在一个系统上采集3个核的PFGSE实验结果，¹H谱显示了溶剂，¹⁹F表示负离子⁷Li展示了Li cation

众所周知，当前的电解质可能是不稳定的。通过无数的充放电循环，可以形成各种各样的击穿产品。用一个¹⁹F谱可以识别其中的大部分。常见的化合物如LiF或氢氟酸可以识别光谱中非常独立的区域，即使是在60MHz。台式核磁共振的灵活性开启了在每次放电循环后对电解质进行快速检查的可能性，以了解支持降解的过程。

⁷李:量化Li浓度，快速识别化学环境的变化。电解质暴露于水之前和之后的自扩散系数(Stejskal-Tanner图来自¹⁹F PGSE核磁共振谱)

¹⁹F:识别主要的含氟成分以及分解产品和污染物电解质暴露于水前后的自扩散系数(来自19F PGSE NMR谱图的Stejskal-Tanner图)。

定量核磁共振(qNMR)确定溶剂，添加剂和微量杂质的精确浓度。了解它们的确切组成有助于优化电解质粘度、介电常数和长期化学稳定性。例如，添加仔细控制的定量浓度的痕量聚合物杂质可能导致在出售的电解质界面(SEI)上有利的不溶性膜形成。这些薄膜可以降低电池的自放电率，提高库仑效率。因此，qNMR在新型电解液的研发和质量控制方面具有重要的作用。

应用说明:qNMR优化电池电解质

质量控制

宽带台式核磁共振是一种强大的和易于使用的技术，以改善电池电解质的质量控制。它提供进口原料和这些复杂混合物的化学成分和纯度的最终产品检查。这包括溶剂使用的分析¹氢核磁共振以及氟盐和稳定剂¹⁹F,³¹P和¹¹B核磁共振。此外，还测定了溶液中电解质阳离子的性质⁷李和²³Na NMR。

在电解液降解期间和之后，可以迅速检测到分解产品，并诊断出商业锂离子电池电池内性能差异的来源。核磁共振反应监测能够准确地描述竞争反应动力学。此外，脉冲场梯度核磁共振量化物理性质的差异，包括“好”和降解电解质的自扩散。

电解质暴露于水之前和之后的自扩散系数(Stejskal-Tanner图来自¹⁹F PGSE NMR谱)。

应用说明:监测电池电解质分解

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