先進的分析檢測手段，助力鋰離子電池等新能源行業中NMP的質量控制點擊次數：3738 更新時間：2018-04-13
目前新能源汽車發展大勢不變，鋰電池產業投資熱度不減，N-甲基吡咯烷酮（NMP）產品，目前主要生產市場集中于制造鋰離子電池、電動汽車動力電池及對位芳綸等領域，是鋰電生產過程中*的有機溶劑其充足穩定的供應保障是中國鋰電行業能夠得以持續快速發展的重要條件之一。
NMP，屬于氮雜環化合物，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，是一種性能優良的高沸點溶劑，幾乎與所有溶劑（乙醇、乙醛、酮、芳香烴等）*混合。NMP是鋰電生產過程中*的有機溶劑，其質量直接影響鋰離子電池拉漿涂布質量和對環境保護的要求。目前鋰電池對有機溶劑的純度，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NMP中水的含量普遍大于300ppm。而進口的NMP提純后，其指標要求：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。對于NMP來料檢驗，NMP的質量控制就成為了鋰電池產業的一項重要指標，先進的分析檢測手段將助力NMP的質量控制。
一：化驗室檢驗內容參考如下：
（本標準適用于γ-丁內酯（以下簡稱GBL）和甲胺化合而制備的NMP的檢驗。）
序號 | 檢驗 項目 | 檢 驗 標 準 | 檢 驗 方 法 | 檢測設備 |
1 | 包裝 | a. 標識清楚，內容正確可識別； b. 外包裝無破損、受潮、未有嚴重撞擊痕跡； c. 外包裝上需有環境有害物質方面的標識。 | 目檢 | / |
2 | 外觀 | 溶劑無色透明、無雜質、沉淀。 | 取適量實驗室樣品于比色管中，在自然光下目視觀察 | 比色管 |
3 | 溶解性 | 粘結劑與溶劑混合攪拌后能*溶解，無雜質、不溶物出現，顏色為無色或微黃透明。 | 根據抽樣水平每批隨機抽取100g溶劑分別與10g PVDF粉末混合，于潔凈、干燥的燒杯中攪拌，做溶解性實驗 100-1500rpm | 磁力攪拌器 EYELA RCH-1000
|
4 | 水分▲ | 優等品≤200ppm 合格品≤300ppm | GB/T6283 (醛酮試劑） | METTLER C30S/C10S/C20S 庫倫卡爾 菲休水分儀 |
5 | 純度▲ | 優等品≥99.90% 合格品≥99.50% | 隨機取樣10ml溶劑 用氣質聯用儀檢測
GB/T 9722 化學試劑 氣相色譜法通則
| GC-MS 7890B-5977B (7820A-5977B) DB-1701色譜柱 HP-5MS 色譜柱 或者GC 7820A DB-225 色譜柱 |
6 | 丁內酯 | ≤0.03% | ||
7 | 甲基NMP C-Me.NMP（wt%） | ≤0.05 | ||
8 | 色度 | 合格品≤20Hazen 優等品≤10APHA | 隨機取樣10gNMP溶劑用色度儀檢測（GB/T3143） | LOVIBOND Pt-Co 色度儀 AF-327 目視 EC-2000 pt-Co電子式 |
9 | 密度 | 1.029-1.033g/mL | GB/T 4472 | METTLER DA-100M /30PX 臺式/便攜式密度計 |
10 | 折光率（N020） | 1.4680-1.4700 | GB/T6488 | ATAGO DR-1T 阿貝折射計（20度） 配外循環恒溫水浴 |
11 | PH值 | 7.0-9.0 | 使用純水作為溶劑將NMP配成10%的溶液，測試溶液的PH | METTLER FE28/S210 PH計 |
12 | 游離胺▲（wt%） | 優等品≤20ppm 合格品≤30ppm | 使用微量滴定管，用HCl進行滴定（參考附件氨含量測試方法） GB/T9725 | MEYYLER G10S/ET18滴定儀 10ml 滴定管 |
（備注：打▲的為重要指標。）
測量說明：
A.對于水分測定，鋰電池生產中涉及到的水份檢測可以分為 2 類：
1.） 正極材料，負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出來，通過載
氣（高純氮氣或干燥空氣）將蒸發出的水份帶至滴定杯內滴定
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 滴定杯內進行測定.
C10S/C20S
對于NMP含量的測定，
方法1: GB/T9722,可以采用GC方法進行測量；預算充足，定性定量分析方便，精度要求更高，采用GC-MS 進行分析測量。
GC方法提要
儀器AGILENT 7820A,整機靈敏度和穩定性優于GB/T9722中有關規定。
在選定的色譜操作條件下，使樣品氣化后經色譜柱分離，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
毛細管色譜柱 | 30m×0.32mm×0.5µm，(柱長×柱內徑×液膜厚度) |
固定相 | 25%氰乙基-25%苯基-50%甲基硅氧烷（DB-225） |
柱溫 | 初始100ºC，保持1min；升溫速度10ºC/min，升溫到160ºC，保持10min |
氣化室溫度/ ºC | 250 |
檢測器溫度/ ºC | 300 |
載氣（N2或He）流量/（mL/min） | 1.0 mL/min(N2) |
氫氣流量/（mL/min） | 30 |
空氣流量/（mL/min） | 300 |
尾吹氣（N2）流量/（mL/min） | 35 |
進樣量/μL | 0.2 |
分流比 | 25：1 |
分析步驟
1.1校正因子的測定
1.1.1標準溶液的配制
用稱量法配制NMP加欲測雜質的標準溶液，各組分的稱量至0.0001g，組分含量的質量分數計算至0.001％。所配制的標準溶液中雜質含量應與待測試樣相近。
1.1。.2 相對校正因子的測定
根據儀器說明書，調節儀器至表2所示的操作條件，將未加欲測雜質的NMP和配制的標準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平均值為測定結果。依據所得的峰面積及雜質組分含量，計算各組分的相對校正因子fi。
試樣中未知組分或得不到標準物質的組分的相對校正因子取值為1。
1.1.3 相對校正因子的計算
組分i相對N-甲基-2-吡咯烷酮的相對校正因子fi ，按公式（1）計算：
……………………………………（1）
式中：
AB ——標準溶液中NMP的峰面積；
Ai ——NMP未加入欲測雜質時組分i的峰面積；
A‘i——標準溶液中組分i的峰面積；
cB ——標準溶液中NMP的質量分數的數值；
ci ——標準溶液中組分i的質量分數的數值。
1.2 試樣的測定
根據表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 結果計算
NMP的質量分數X1，數值以%表示，按公式（2）計算：
X1 =（100 — X水）
………………………（2）
式中：
X水——4.5測得NMP中水的質量分數的數值；
An——試樣中NMP的色譜峰面積；
fi ——組分i的相對校正因子；
Ai——組分i的色譜峰面積。
取兩次平行測定結果的算術平均值為報告結果。兩次平行測定結果的差值不大于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 進行分析測量。
鋰電池行業業內的主流配置為目前的配置Agilent 7890B-5977B，配7693A 自動進樣器（或者其同系列的型號），當然也可以選擇中端的型號7820A-5977B.
儀器條件參考如下：
色譜柱：HP－5MS（30m×0．32mm×0．25mm，Agilent）；升溫程序為：在60℃溫度下保持5min，再以6℃/min的速率升至230℃，保持10min；進樣口溫度為210℃；流速為1mL/min；進樣量為1μL；載氣為氦氣，純度≥99．999%；質量掃描范圍為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時間，面積及好的峰型，升溫速率降低，同時縮短停留時間）。
游離胺的測定
1.1試劑
異丙醇：分析純。
鹽酸標準滴定溶液C（HCl）=0.02moL/L：應于臨用前將[C（HCl）=0.1moL/L]的標準滴定溶液用煮沸并冷卻的蒸餾水稀釋，必要時應重新標定。
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《化學試劑 電位滴定法通則》中6 測定進行樣品的測試。
1.4 結果計算:
在電位滴定儀G10S上輸入公式，一鍵滴定得到游離胺的含量。
樣品中游離胺的質量分數X2，數值以%表示，按公式（3）計算：
×100……………………………（3）
式中：
V —— 滴定終點時，消耗鹽酸（HCl）標準溶液體積，ml；
C —— 鹽酸（HCl）標準溶液的濃度，單位為升每摩爾（mol/l）；
0．0311—— 與1.00mL鹽酸標準溶液[c(HCL)=1.000moL/L]相當的以克表示一甲胺的質量的數值，單位為克（g）；
m —— 稱量試樣的質量數，g。
METTLER G10S
其他的折光率，密度計，比色計，PH的測量相對比較簡單，儀器附表上有推薦儀器的型號，相信廣大用戶及技術人員都不陌生。
對于NMP的質量控制，目前有相關的標準及先進的檢測手段，助力于鋰電池行業的蓬勃發展。
