電池的分類(lèi)

電池大致可分以下幾類(lèi)：我們?nèi)粘Ｉ�活中�?jīng)常使用的化學(xué)電池，利用半導(dǎo)體將光能直接轉(zhuǎn)換成電力的諸如太陽(yáng)能電池的物理電池，利用酶和微生物的諸如燃料電池的生物電池。鋰離子二次電池屬于化學(xué)電池中的二次電池。一次電池有普遍使用的錳電池、堿性電池、汞電池等。相對(duì)一次性使用的一次電池（ Primary Battery ）， 二次電池（ Secondary Battery/Rechargeable Battery ）可反復(fù)充電后使用。最常見(jiàn)的二次電池是汽車(chē)使用的鉛酸蓄電池，下面就介紹一下作為充電式干電池使用的鎳鎘電池（ NiCd ），從環(huán)保的角度出發(fā)，不斷開(kāi)發(fā)出了鎳氫（ NiMH ）電池、鋰離子（ Li-ion ）二次電池。

鋰離子二次電池的特點(diǎn)

二次電池的鉛酸蓄電池已有近百年的歷史，現(xiàn)在還廣泛用于汽車(chē)、不間斷電源等中。鉛酸蓄電池相對(duì)其他的二次電池，單位電容量的成本絕對(duì)要低，且能夠大電流放電，但鉛酸蓄電池的設(shè)置空間（大容量）要求高，重量較重，耐低溫性能差，缺點(diǎn)很多。鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子二次電池各有所長(zhǎng)，我們認(rèn)為未來(lái)將會(huì)向鋰離子二次電池方向靠攏。

鎳鎘電池是可以進(jìn)行大電流放電的二次電池，且已經(jīng)用于剃須刀、電鉆等電動(dòng)工具中。但鎘是一種環(huán)境污染物質(zhì)，形象不佳，歐洲要求企業(yè)有回收的義務(wù)，亟待解決。之后開(kāi)發(fā)的鎳氫電池和鋰離子二次電池，單位容量的重量較重，存在記憶效應(yīng)等問(wèn)題，影響了推廣。然而隨著手機(jī)、筆記本電腦的普及， 20 世紀(jì) 90 年代出現(xiàn)的鋰離子電池具有優(yōu)越的重量容量密度。而且，沒(méi)有淺層放電和反復(fù)充電導(dǎo)致的放電容量下降（記憶效應(yīng)），從而具有可補(bǔ)充充電的特點(diǎn)。

能量密度高

■ 相比鎳氫（ NI-MH ）電池，鎳鎘（ NiCd ）電池在相同容積條件下
■ 重量能量密度增至 2.0 至 5 倍
■ 體積能量密度增至 1.5 至 3 倍

工作電壓高

■ 約是鎳鎘電池、鎳氫電池 3 倍的高電壓
■ 可為串聯(lián)電池使用數(shù)量的 1/3
■ 電池使用設(shè)備可輕易實(shí)現(xiàn)小巧輕靈

無(wú)記憶效應(yīng)

■ 可補(bǔ)充充電

環(huán)保且高度安全

■ 不使用鎘、鉛、水銀等不利于環(huán)保的物質(zhì)
■ 耐過(guò)度充電
■ 耐熱穩(wěn)定性高

可快速充電、具有隨充放電的高度循環(huán)特性

鋰離子二次電池的工作機(jī)理

通過(guò)鋰離子二次電池的充電放電機(jī)理，借助充放電，鋰離子通過(guò)隔板只是在正負(fù)極間來(lái)回移動(dòng)。因此，陰、陽(yáng)極材料基本上是形態(tài)的變化。

電解流劣化機(jī)理分析案例

通過(guò) QTof MS 推測(cè)在充放電后電解液中生成的成分以及電極附著有機(jī)物的結(jié)構(gòu)

加速劣化試驗(yàn)和劣化機(jī)理分析

通過(guò)新材料新物質(zhì)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和性能變化等試驗(yàn)，進(jìn)行變化因素分的解析。對(duì)劣化樣本中雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析是搞清主要成分的分解和聚合等的劣化過(guò)程，以制定有效穩(wěn)定添加劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)。劣化前后用 MarkarLynx 軟件的多變量分析（ OPLS 模式）進(jìn)行比較分析是有效的。它可以很容易地從多種成分信息中提取和特定出有差異的成分。

鋰離子二次電池的組件

鋰離子二次電池研究開(kāi)發(fā)的解決方案

通過(guò)加速劣化試驗(yàn)和劣化機(jī)理分析工作中的工作流程機(jī)理分析，對(duì)加速劣化或者隨時(shí)間變化前后的樣品采用 UPLC®/ 飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行 n ≥ 3 檢測(cè)，對(duì)全面檢測(cè)出的成分信息（保留時(shí)間、精度質(zhì)量、峰面積）自動(dòng)進(jìn)行制表。采用 OPLS 模式分析該成分，得到 S-Plot 。通過(guò) S-Plot ， 可以輕松地提取出直觀的劣化前后的增減成分。 S-Plot 各連線對(duì)應(yīng)精密質(zhì)量、保留時(shí)間所特定的各成分（峰）。紅色覆蓋的兩條連線表示劣化前后增減最多的成分。單擊該連線后，可以顯示趨勢(shì)連線，還可以確認(rèn)劣化前后該成分的增減情況。預(yù)測(cè)這兩種成分在劣化中存在的氧化、還原、分解和聚合等關(guān)系。

電解液劣化機(jī)理分析的系統(tǒng)解決方案 UPLC/Xevo QTof MS （ UPLC/ 四極桿 _ 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀）

■ IntelliStart 的自動(dòng)校準(zhǔn)功能
■ 具備 LockSpray 功能的高精度精密質(zhì)量測(cè)定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 最適合超速高度分離 LC
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP 、 APGC

UPLC/SYNAPT G2 HDMS （ UPLC/ 四極桿 IMS 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀）

■ 配置離子遷移功能
■ TAP 碎片功能（碎片離子間的歸屬）
■ IntelliStart 的自動(dòng)校準(zhǔn)功能
■ 高精度 LockSpray 功能的精密質(zhì)量測(cè)定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 最適合超速高度分離 LC
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP 、 APGC 、 MALDI

UPLC/LCT Premier XE （ UPLC/ 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀）

■ 向?qū)�式校�?zhǔn)輔助功能
■ 高精度 LockSpray 功能的精密質(zhì)量測(cè)定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 同時(shí)測(cè)定正負(fù)對(duì)照
■ 支持 ESCi 、 APCI/APPI 、 ASAP

GC/GCT Premier （ GC/ 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀）

■ 向?qū)�式校�?zhǔn)輔助功能
■ 高精度精密質(zhì)量測(cè)定
■ 高精度 i-Fit 組成分析
■ 附件直接導(dǎo)入探針
■ 支持 EI 、 CI 、 FI

參考文獻(xiàn)
Journal of The Electrochemical Society,151 （ 8 ） A1202-A1209 （ 2004 ） ,
“Identification of Li-Based Electrolyte Degradation Products Through DEI and ESI High-
Resolution Mass Spectrometry” , S.Laruelle, S.Pilard, P.Grugeon, S.Grugeon, and J.-M.
Tarascon.