先進(jìn)的分析檢測手段，助力鋰離子電池等新能源行業(yè)中NMP的質(zhì)量控制

目前新能源汽車發(fā)展大勢(shì)不變，鋰電池產(chǎn)業(yè)投資熱度不減，N-甲基吡咯烷酮（NMP）產(chǎn)品，目前主要生產(chǎn)市場集中于制造鋰離子電池、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及對(duì)位芳綸等領(lǐng)域，是鋰電生產(chǎn)過程中*的有機(jī)溶劑其充足穩(wěn)定的供應(yīng)保障是中國鋰電行業(yè)能夠得以持續(xù)快速發(fā)展的重要條件之一。

NMP，屬于氮雜環(huán)化合物，中文名稱N-甲基吡咯烷酮，英文名稱為N-methyl-2-pyrrolidone，化學(xué)式為C5H9NO，為稍有氨味的無色透明油狀液體，與水以任何比例互溶，是一種性能優(yōu)良的高沸點(diǎn)溶劑，幾乎與所有溶劑（乙醇、乙醛、酮、芳香烴等）*混合。NMP是鋰電生產(chǎn)過程中*的有機(jī)溶劑，其質(zhì)量直接影響鋰離子電池拉漿涂布質(zhì)量和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。目前鋰電池對(duì)有機(jī)溶劑的純度，特別是水的含量要求非常高，其水的含量需要小于0.02%，甚至更低。目前國產(chǎn)NMP中水的含量普遍大于300ppm。而進(jìn)口的NMP提純后，其指標(biāo)要求：色度要求小于10，純度要求大于99.8%，水分含量要求不超過200ppm。對(duì)于NMP來料檢驗(yàn)，NMP的質(zhì)量控制就成為了鋰電池產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，先進(jìn)的分析檢測手段將助力NMP的質(zhì)量控制。

一：化驗(yàn)室檢驗(yàn)內(nèi)容參考如下：

（本標(biāo)準(zhǔn)適用于γ-丁內(nèi)酯（以下簡稱GBL）和甲胺化合而制備的NMP的檢驗(yàn)。）

（備注：打▲的為重要指標(biāo)。）

測量說明：

A.對(duì)于水分測定，鋰電池生產(chǎn)中涉及到的水份檢測可以分為 2 類：

1.） 正極材料，負(fù)極材料等固體樣品的水分檢測

2.） 電解液、NMP溶劑等液體樣品水份檢測

*類樣品一般是固體樣品，需要通過加熱的方式將樣品中的水份蒸發(fā)出來，通過載

氣（高純氮?dú)饣蚋稍锟諝猓⒄舭l(fā)出的水份帶至滴定杯內(nèi)滴定

第二類樣品一般是液體樣品，比如電解液、NMP等可以直接將樣品添加至KF 滴定杯內(nèi)進(jìn)行測定.

C10S/C20S

對(duì)于NMP含量的測定，

方法1: GB/T9722,可以采用GC方法進(jìn)行測量；預(yù)算充足，定性定量分析方便，精度要求更高，采用GC-MS 進(jìn)行分析測量。

GC方法提要

儀器AGILENT 7820A,整機(jī)靈敏度和穩(wěn)定性優(yōu)于GB/T9722中有關(guān)規(guī)定。

在選定的色譜操作條件下，使樣品氣化后經(jīng)色譜柱分離，用氫火焰離子化檢測器（FID）檢測，校正面積歸一化法定量。

                 Agilent 7820A

推薦的色譜柱和色譜操作條件

分析步驟

1.1校正因子的測定

1.1.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

用稱量法配制NMP加欲測雜質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，各組分的稱量至0.0001g，組分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算至0.001％。所配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液中雜質(zhì)含量應(yīng)與待測試樣相近。

1.1。.2 相對(duì)校正因子的測定

根據(jù)儀器說明書，調(diào)節(jié)儀器至表2所示的操作條件，將未加欲測雜質(zhì)的NMP和配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次注入氣相色譜儀，各平行測定4次，取4次測定的峰面積的算術(shù)平均值為測定結(jié)果。依據(jù)所得的峰面積及雜質(zhì)組分含量，計(jì)算各組分的相對(duì)校正因子fi。

試樣中未知組分或得不到標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的組分的相對(duì)校正因子取值為1。

1.1.3 相對(duì)校正因子的計(jì)算

組分i相對(duì)N-甲基-2-吡咯烷酮的相對(duì)校正因子fi ，按公式（1）計(jì)算：

                 ……………………………………（1）

式中：

AB  ——標(biāo)準(zhǔn)溶液中NMP的峰面積；

Ai  ——NMP未加入欲測雜質(zhì)時(shí)組分i的峰面積；

A‘i——標(biāo)準(zhǔn)溶液中組分i的峰面積；

cB  ——標(biāo)準(zhǔn)溶液中NMP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值；

ci  ——標(biāo)準(zhǔn)溶液中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值。

1.2 試樣的測定

根據(jù)表2所示的儀器操作條件測定樣品，采用校正面積歸一化法定量。

1.3 結(jié)果計(jì)算

NMP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)X1，數(shù)值以%表示，按公式（2）計(jì)算：

         X1 =（100 — X水） ………………………（2）

式中：

X水——4.5測得NMP中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值；

A_n——試樣中NMP的色譜峰面積；

fi ——組分i的相對(duì)校正因子；

A_i——組分i的色譜峰面積。

    取兩次平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為報(bào)告結(jié)果。兩次平行測定結(jié)果的差值不大于0.03%。

方法2：NMP 含量的測定，由于GC中FID 檢測器的定性能力低于GC-MS, 為了定性定量分析方便，精度要求更高，采用GC-MS 進(jìn)行分析測量。

鋰電池行業(yè)業(yè)內(nèi)的主流配置為目前的配置Agilent 7890B-5977B，配7693A 自動(dòng)進(jìn)樣器（或者其同系列的型號(hào)），當(dāng)然也可以選擇中端的型號(hào)7820A-5977B.

儀器條件參考如下：

色譜柱：HP－5MS（30m×0．32mm×0．25mm，Agilent）；升溫程序?yàn)椋涸?0℃溫度下保持5min，再以6℃/min的速率升至230℃，保持10min；進(jìn)樣口溫度為210℃；流速為1mL/min；進(jìn)樣量為1μL；載氣為氦氣，純度≥99．999%；質(zhì)量掃描范圍為35～350amu；離化方式為EI；離化電壓為70eV。

（備注： NMP 在12.135min 左右就出峰，為了保證較好的響應(yīng)時(shí)間，面積及好的峰型，升溫速率降低，同時(shí)縮短停留時(shí)間）。

游離胺的測定

1.1試劑

異丙醇：分析純。

鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液C（HCl）=0.02moL/L：應(yīng)于臨用前將[C（HCl）=0.1moL/L]的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液用煮沸并冷卻的蒸餾水稀釋，必要時(shí)應(yīng)重新標(biāo)定。

1.2  儀器

METTLER G10S 電位滴定儀，DG-113 非水PH電極

1.3 測定方法

稱量NMP樣品65g(至0.0001g）到250ml燒杯中。加入100ml異丙醇且混合均勻后，按照GB/T 9725《化學(xué)試劑 電位滴定法通則》中6 測定進(jìn)行樣品的測試。

1.4 結(jié)果計(jì)算:

在電位滴定儀G10S上輸入公式，一鍵滴定得到游離胺的含量。

樣品中游離胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)X2，數(shù)值以%表示，按公式（3）計(jì)算：

 ×100……………………………（3）

式中：

V —— 滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗鹽酸（HCl）標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，ml；

C —— 鹽酸（HCl）標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為升每摩爾（mol/l）；

0．0311—— 與1.00mL鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液[c(HCL)=1.000moL/L]相當(dāng)?shù)囊钥吮硎疽患装返馁|(zhì)量的數(shù)值，單位為克（g）；

m —— 稱量試樣的質(zhì)量數(shù)，g。

       METTLER G10S

其他的折光率，密度計(jì)，比色計(jì)，PH的測量相對(duì)比較簡單，儀器附表上有推薦儀器的型號(hào)，相信廣大用戶及技術(shù)人員都不陌生。

對(duì)于NMP的質(zhì)量控制，目前有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及先進(jìn)的檢測手段，助力于鋰電池行業(yè)的蓬勃發(fā)展。