电解液是锂离子电池的核心组成部分，对电池性能至关重要，被誉为电池的“血液”。锂离子电池中使用的电解液通常由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，其中有机溶剂（如EC、DMC、EMC等）和锂盐（如LiPF6）是主要成分。
检测分析电解液的成分对评估电池性能和安全性至关重要。常规的检测方法包括气相色谱-质谱联用（GC-MS）、离子色谱法（IC）等。其中，GC-MS适用于分析电解液中的有机成分，具有线性范围宽、重复性好、准确度高等优势，高分辨质谱技术则能够快速准确检测电解液中的特有成分和杂质。IC可用于测定电解液中锂盐及添加剂的含量，且适用范围较广。结合GC-MS和IC，基本可以实现锂离子电池电解液成分检测。但是，随着锂离子电池技术的提升，越来越多样的电解液添加剂被用于提升电池性能，也对检测手段提出了更高的要求。如近年来常用的三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP）和三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB），由于其化学性质活泼，极易分解，仅利用GC-MS和IC较难对其进行定性/定量检测分析。
核磁共振技术（NMR）是一种基于原子核自旋特性的分析技术。其原理是，在外部磁场作用下，具有非零自旋量子数的原子核（如氢核1H、碳核13C等）发生能级分裂，并在特定频率的射频脉冲作用下发生能级跃迁，即核磁共振现象；当射频脉冲移除后，原子核会释放能量并返回原有状态，释放的能量信号被探测器捕获并转化为核磁共振谱。通过分析这些谱线，可以获得分子结构等信息。核磁共振技术能够以非侵入性的方式无损检测电解液，提供电解液的成分和结构信息，辅助研究电解液的溶剂化结构。
案例
多谱联用检测分析含0.23wt%TMSP的电解液。首先进行GC-MS和IC检测，结果分别如图4和图5所示。GC-M谱显示电解液中含有DMC、EMC、VC、FEC、EC、PC、DTD，IC谱显示电解液中含有LiPO₂F₂、LiBF₄、LiODFB、LiPF₆、LiFSI。值得注意的是，GC-MS及IC均未检出TMSP，仅在GC-MS谱2.03min处出现三甲基硅醇的信号，但不能确定其归属。
图4 含有0.23wt%TMSP的电解液GC-MS谱
图5 含有0.23wt%TMSP的电解液IC谱
图6 含有0.23wt%TMSP的电解液1H-NMR谱
图7 TMSP/TMSB的1H-NMR谱图对比
表1 含有0.23wt%TMSP的电解液各物质成分数据
总结
NMR作为无损检测技术，可以有效补充GC-MS和IC的不足，三者配合使用能够对电解液成分进行全面表征，包括溶剂、锂盐、添加剂等。此外，NMR可探测多种核素，是更准确地分析电解液成分的有效手段。联合GC-MS、IC、NMR等多种检测手段，将有助于优化电解液配方，提升电池性能，乃至开发新型电解质材料。随着技术的不断进步，多种检测技术联用，尤其NMR技术的加入，将在未来的电池研究和应用中发挥更为重要的作用。
文/余彬
