綠色賦能 | 鋰電新材料分子量測定（GPC）分析解決方案
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沈國濱 冉良驥
引言
鋰離子電池作為現代能源存儲的核心技術，其性能依賴于電極材料的質量和穩定性。粘結劑在電極制備中起著關鍵作用，通過穩定活性材料、降低內阻和改善電解液浸潤性，顯著影響電池循環壽命和效率。傳統工藝采用的聚偏氟乙烯（PVDF）因其優異的化學穩定性和粘結性能占據正極粘結劑 90% 以上的市場份額，但其應用過程中還需要使用易爆、對環境不友好的有機溶劑，如N-甲基毗咯烷酮（NMP），目前歐盟已出臺相關政策限制使用NMP；同時因供需短缺，PVDF自2021年下半年價格一路上漲，因此材料企業、電池企業正在積極開發價格更為低廉、更為環保、性能同樣優異的水性粘結劑替代油性PVDF。
近年來，羧甲基纖維素（CMC）作為一種水性粘結劑逐漸受到關注，除了使用成本更低、易于生物降解外，因其水溶性更好，可降低電池制造過程中的有機溶劑使用量，對環境更加友好；同時在某些條件下，CMC與硅基負極材料可表現出更好的相容性，進而改善電極的機械性能和循環穩定性。
GPC 技術
凝膠滲透色譜法（GPC）是一種基于分子大小分離的色譜技術，最初由 Moore 等人于 1964 年開發，用于分析高分子物質的分子量分布，GPC 通過多孔固定相（通常為凝膠）分離樣品分子，分子量較大的物質因無法進入小孔徑而首先流出，分子量較小的物質則因進入孔隙滯留時間較長而后流出。
在鋰電池領域，GPC 特別適合分析粘結劑如 PVDF 和 CMC 的分子量及其分布。PVDF 和 CMC 的分子量分布直接影響電極的機械穩定性和電化學性能。GPC 通過與檢測器（如示差折光檢測器，RID）結合，可以獲得樣品的數均分子量 Mn 和重均分子量 Mw）及多分散性指數（PD = Mw/Mn）。
CMC分子量測定實驗方法與條件
? 液相系統：Vanquish Core HPLC
? 檢測器：示差折光檢測器 (RID)，溫度設置為 50°C，采集頻率為 5 Hz
? 流動相：0.2 M NaNO? + 0.01 M NaH?PO?，pH = 7.0，等度洗脫
? 儀器校準：使用一系列對照品校準溶液，確定分子量與保留時間的標準曲線。
? 數據采集與分析：結合變色龍軟件的GPC功能計算 Mn、Mw 和 PD。
CMC分子量測定實驗結果
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PVDF分子量測定實驗方法與條件
? 液相系統：Vanquish Core HPLC配正相色譜套件
? 檢測器：示差折光檢測器 (RID)，溫度設置為 50°C，采集頻率為 5 Hz
? 流動相：N-甲基吡咯烷酮（NMP），等度洗脫
? 儀器校準及數據采集與分析：同CMC。
PVDF分子量測定實驗結果
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結 論
GPC 技術憑借其高分辨率與良好的重復性，已成為鋰電新材料分子量測定的關鍵工具。通過對傳統材料PVDF 與新材料 CMC 的分子量分布進行精確分析，不僅能輔助優化電極設計，也為新型環保水性粘結劑的開發與應用提供可靠數據支持。
依托 Thermo Fisher Vanquish 系列液相色譜系統、示差檢測器以及方便快捷的變色龍軟件GPC 數據處理流程，企業可實現粘結劑分子量的標準化、高效化分析，助力鋰電池材料研發邁向綠色、智能的新階段。
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