近红外光谱检测锂电池添加剂含量的研究

摘 要：目前国内外对于锂电池添加剂质量的分析和质量的控制主要使用的是很一般的传统的气谱方法，这几年国外的跨国公司开始把近红外分析技术应用到锂电池添加剂含量的中间控制等，但是我们国内利用近红外方法定量分析锂电池添加剂含量的文献还未有多见，本文对利用近红外光谱分析检测锂电池添加剂的含量测定进行了探讨。

关键词：近红外光谱；碳酸亚乙烯酯；氟代碳酸乙烯酯；气相色谱法；锂电池添加剂

0 引言

由于近红外在许多领域里使用都比较的频繁，近红外预处理简单方便，用到的试剂也比较少，分析所得结果快速准确，傅里叶等人首次将近红外分析法用在样品分析上面，所以我们利用此技术对碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的含量进行了测定，并且与气相色谱法进行比较，结果显示近红外光谱法测定的结果与气相色谱法测定的结果相比无明显差异。所以我们在中控产品中加入不同含量的添加剂来得到校正集模型，选择不同的波长范围以及主成分数，最后得到碳酸亚乙烯酯的RMSEP为2.2%（%，w/w）.氟代碳酸乙烯酯的RMSEP为1.89%（%，w/w），说明采用PLS-NIR方法可以正确的预测锂电池添加剂的含量。

1 实验步骤

1.1 校正样品的配制

在前面的绪论中，已经说过合格的校正集必须满足几个要求，一是校正集中要含有待测样品中的所有化学组分，二是校正集中被测化学组分的浓度一定要包含待测样品中被测组分的浓度，并且浓度要分布均匀。校正集中被测组分选择哪个浓度范围要根据待测样品中被测组分的浓度来决定。三是校正集要有合适的个数，个数的选择和第二点也有一定的关系。

本章的研究对象是碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯，合格的添加剂中除了主含量外，还要包括原料、中间反应产物等。校正集中碳酸亚乙烯酯的浓度在6～15%之间，氟代碳酸乙烯酯的濃度在10～30%之间，为了避免浓度共线性，碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的浓度是随机变化的，配制好样品的有效成分含量均采用气相色谱测定。

对这两种添加剂，各选取了20个配制样品进行气相色谱测定，用来建立两种添加剂的校正集。

1.2 光谱扫描及校正集模块建立

1.2.1 碳酸亚乙烯酯

通过对以上20个配制样品的近红外扫描，再导入前面所测的气谱结果，从而建立了碳酸亚乙烯酯的校正集模板。

1.2.2 氟代碳酸乙烯酯

通过对以上20个配制样品的近红外扫描，再导入前面所测的气谱结果，从而建立了氟代碳酸乙烯酯的校正集模板。

1.2.3 模块验证

1.2.3.1 准确性

利用校正集模板对公司实际生产的10批碳酸亚乙烯酯样品进行检测，并且再用气相色谱做过含量比对，最大偏差为0.33%，最小偏差为0.10%，准确性较好，符合分析要求。

利用校正集模板对公司实际生产的10批氟代碳酸乙烯酯样品进行检测，并且再用气相色谱做过含量比对，最大偏差为0.34%，最小偏差为0.03%，准确性较好，符合分析要求。

1.2.3.2 精密性

各选取两种添加剂的一种样品，摇匀后分别吸取样品6次制成6个样品比色杯，在近红外下各自进行扫描，然后各自运用各自的校正集模板分别计算出各自的含量，再对测得的含量数据进行精密性分析，从而对所建立的两种添加剂的近红外分析模块的稳定性进行了论证，通过计算，碳酸亚乙烯酯的RSD值为0.32%，氟代碳酸乙烯酯的RSD值为0.14%，两种添加剂的RSD值均<1.0，精密性较好，符合仪器分析要求。

2 结论

从上面的两种样品的检测数据可以看出：

近红外光谱仪检测添加剂的结果与气相色谱检测的结果能很好的吻合。近红外测定同一样品，重现性好。而且近红外全过程采用多元线性回归和偏最小二乘法对样品组分进行计算，全部由电脑软件来完成，数据更加客观。近红外一次最多可以同时测定被测样品的32种组分的含量。

近红外光谱分析方法的分析速度快。通常检测一批样品只需要两分钟。添加剂含量的近红外光谱测定法作为一种快速的测定方法，可以作为过程控制检验的手。由于近红外可以同时测定32中组分的含量。所以对一些复配制剂的检测更为方便、快捷。

由于近红外方法不破坏样品，且快速，可以测定一些易分解、易降解、易氧化的样品，另外近红外还具有成本低、污染小等优点。

目前来看离线检测结果符合要求，下一步可继续推进在线实时检测，极大的推进了安全生产的稳定性、及时性，为提高生产效益打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]Osbome B and Feam T.Practial NIR Spectroscopy with Applications in Food and Beverage Analysis（2and Edition）.New York：John Wiley&Sons，Inc.，1993.

[2]余惟乐.过程分析化学的发展与现状[J].分析测试技术与仪器，1994，3：1-9.

[3]李华，高鸿.过程分析化学的新进展[J].分析化学，2001，29 （4）：473-477.

作者简介：

于辉（1990- ），男，助理工程师，主要研究方向为锂电池添加剂的分析检测技术。

基金项目：苏发改高技发（201499）