*希望避免大气中水分与氧气对LIBs电解液盐鉴定的干扰*

摘要

随着新能源赛道持续升温，锂电池（LIBs）研究成为研究热点。LIBs组件暴露于大气时，大气中的水分（H₂O）与氧气（O₂）会显著影响电池性能，因此其处理和表征需在无水无氧环境中进行。

本文将介绍岛津IRSpirit傅里叶变换红外光谱仪在手套箱中表征LIBs电解液的应用实例：将IRSpirit放置在手套箱中，充入惰性气体（氩气），控制到极低的湿度和氧气水平，通过无线操控在氩气氛围下采集1 M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液的FTIR光谱；并将氩气和大气氛围下所得结果进行对比，揭示水分与氧气对谱图的影响；讨论了手套箱 FTIR测试过程中的关键控制要点，为LIBs电解液的原位表征提供可行路径。

实验方法

样品：锂电池（LIBs）电解液

所用仪器：岛津IRSpirit傅里叶变换红外光谱仪

图1：岛津IRSpirit系列的后续机型IRSpirit-X系列傅里叶变换红外光谱仪

附件和手套箱的配置：将配置了ATR附件的IRSpirit傅里叶变换红外光谱仪安装于手套箱内。手套箱内是氩气氛围，露点不高于- 70 ℃，氧气含量不超过0.3 ppm。鉴于氩气导热系数低于空气，仪器长时间运行易因散热不足而过热停机，无法输出稳定光谱。为此，手套箱集成了风扇排热装置，确保热量及时导出，保障FTIR连续可靠运行。

图2：岛津IRSpirit手套箱惰性气氛FTIR系统

测试结果

01在大气与惰性气氛中的红外光谱对比

图3为1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液在惰性气氛（氩气氛围，上）与大气氛围（下）中测得的红外光谱。这种电解液是一种有机电解液，通常用于可充电锂电池。结果显示：在惰性气氛（上）和大气氛围（下） 得到的红外光谱非常接近，表明水分和氧气对整体谱形的影响微弱，大气氛围中也可获得良好的红外光谱数据。

图3：1M LiPF6-EC/DEC（3:7，v/v）电解液在大气与惰性气氛中的红外光谱对比

为了解水分和氧气的潜在影响，我们对图3的高波数区域进一步放大，结果如图4所示。在2800 ~ 3100 cm^-1区域，电解质溶液中ν(C–H) 伸缩振动吸收峰在两个图谱中都清晰可见；而在3400 ~ 3700 cm^-1区域，大气中测量谱图明显有一个宽吸收峰，推测是大气或样品中水分子中ν(O–H)对称与反对称伸缩振动峰，证实痕量水气是引起该差异的原因。

图4：1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液在大气与惰性气氛中的红外光谱对比（高波数区域放大图）

02在惰性气氛中锂电池电解液与其混合溶剂的红外光谱对比

在氩气氛围手套箱中，分别采集了电解液与混合溶剂的红外光谱（图5），谱图质量均很好。红色线为1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液，黑色线为相应EC/DEC混合溶剂（3:7，v/v）。二者差异仅是是否含有锂盐（LiPF₆），因此二者红外光谱图的差异也与由锂盐有关；差异峰位已由箭头标示。

图5：1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液（红色）以及EC/DEC混合溶剂（3:7，v/v）（黑色）的红外光谱图

对电解液与混合溶剂的红外光谱（图5）进行差谱处理，结果如图6所示。差谱在5551.9 cm^-1、719.8 cm^-1、775.0 cm^-1和833.9 cm^-1处出现明显吸收峰，然而上述特征吸收峰不能简单地认为是LiPF₆的吸收峰。根据文献，Li⁺溶解于碳酸乙酯或碳酸二乙酯中，可能在700 ~ 1000 cm⁻¹区间产生特征吸收。据此，差谱中出现的这4个吸收峰可能源于Li⁺与EC/DEC溶剂分子配位后形成Li⁺-溶剂配位结构，而非自由锂盐的贡献。

图6：1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液与EC/DEC混合溶剂（3:7，v/v）红外光谱图的差谱

03手套箱FTIR系统测试的注意要点

手套箱内体积小、环境极其干燥、露点极低，因此样品极易挥发。连续测量多个样品后，须用有机溶剂或其它溶剂擦拭ATR晶体，以消除测量后的样品残留。本次实验采用乙醇擦拭ATR晶体。

在测量20个样品（约3h）后，使用IRSpirit采集了1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液的红外光谱图（图7）。值得注意的是，在3600 ~ 3700 cm^-1区域观察到新吸收峰，与气态乙醇中游离羟基ν(O–H)的伸缩振动峰一致，表明清洗溶剂挥发可能引入明显干扰。因此，在手套箱系统内进行FTIR分析时，应该兼顾晶体清洁和清洗溶剂挥发干扰的防控。

图7：在测量20个样品（约3h）后，使用FTIR测试1M LiPF₆-EC/DEC（3:7，v/v）电解液得到的红外光谱图

结论

本文介绍了使用IRSpirit手套箱惰性气氛FTIR表征LIB电解质溶液的示例。该FTIR系统可显著消除大气中水分和氧气对LIB电解液鉴定分析的干扰；大气和惰性氛围对比实验揭示了大气水分导致电解液红外谱图出现额外吸收特征，并讨论了手套箱FTIR测试时应考虑手套箱散热性能、晶体清洁以及清洗溶剂挥发干扰等注意要点。该方案实现材料“制备-表征”全流程免受大气暴露，为锂电池材料开发提供了高保真的红外表征平台。

--岛津IRSpirit手套箱惰性气氛FTIR系统，可有效避免大气中的水分、氧气及二氧化碳干扰--

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