锂电材料复杂 水分难测？ 霍尼韦尔新试剂将难题“一网打尽”

电动汽车增长势头正盛。

市场调研机构 Counterpoint 新发布的“2022 年第二季度全球乘用电动汽车销量数据报告”显示，2022年全球乘用电动汽车总销量为 218 万辆，同比增长了 61%。其中纯电动汽车占整体销量近 72% 的份额，其余则为混动汽车。

纯电动车蓬勃发展，消费者的续航里程、安全性等诉求却仍未改变。

电机、电控和动力电池，是纯电动车主要三大部件。其中，动力电池承载着消费者对电动汽车的关键性能诉求，电池的质量影响着纯电动车的安全、使用寿命、续航里程等。

在锂电池的生产过程中，隐匿着一个无所不在的“天敌”——水分。空气中的水分含量为0.03%，而锂电池对材料的水分含量要求在数百PPM，甚至小于20PPM即百万分之二十以下。其对含水量的要求可见一斑。

成分复杂 水分检测困难

材料中的水分含量是电池中水分的主要来源，因此，控制材料的水分含量十分关键。在控制材料含水量之前，必须准确测试出材料含水的数值。

锂电池关键材料包括正负极、隔膜、电解液等。每一种材料因形态与成分不同，含水量的测试方法也各不相同。这为水分测试带来了挑战。

以电解液为例，要求水分含量的控制小于20PPM。

电解液成分大致可分为溶剂、锂盐、添加剂。在锂盐中，六氟磷酸锂因综合性能优于其他锂盐，成为电解液主流路线。不过，六氟磷酸锂对水较为敏感，会与水反应将产生一系列不良影响。

六氟磷酸锂遇水后会生成氢氟酸，氢氟酸则会与电池的阳极发生负面反应。氢氟酸的沸点也较低，会导致电池鼓包。此外，六氟磷酸锂遇水分解后，导致电解液中的六氟磷酸锂含量下降，最终导致电解液性能下降。电池水分含量的增加，也将导致电池首次充放电容量下降，电阻随之增大，进而影响电池寿命。

更严重的是，电解液在电池两极之间扮演着电子传导的角色，水分的出现，则将发生电解水反应，产生氢气和氧气，遇火将发生爆炸。

因此，电解液的水分含量检测十分关键。

电解液的水分测试，采用的是卡尔费休试剂。卡尔费休试剂的机理在于醇、二氧化硫生成亚硫酸盐，在亚硫酸盐的作用下，碘和水发生1:1的反应，人们可以从碘的消耗量中测出水的消耗量。

不过，为电解液水分检测效果带来挑战的，是电解液的添加剂成分。

为了提高电池能量密度，增加电池容量，提高续航，提升电解液的工作电压承受力是重要手段之一。传统电解液通常在工作电压大于4.5V时，会发生分解。电解液添加剂能够提高锂电池电压，常采用LiBOB、LiBDFB、VC、FEC等化学质性十分活泼的添加剂。

传统的卡尔费休试剂几乎都含醇的成分，而上述添加剂对醇较为敏感，易产生副反应，导致水分测试不准确或无法进行测试。

如何解决这一难题？

霍尼韦尔亚太区高级技术支持工程师张彦华表示，霍尼韦尔推出Hydranal™新一代醛酮试剂，使得测试含硼等复杂添加剂的电解液成为可能。据介绍，作为全球少有商用的无醇、无咪唑、无氯仿的卡尔费休醛酮试剂。该试剂用乙腈完全替代了醇溶剂，即使在反应性很强的样品中，这种新试剂也能获得准确的卡尔费休滴定结果。

相对于含有醇衍生物的老款的AK、CG-K试剂，新款试剂还可以用于测试丙酮，“新款试剂即使测试40ml丙酮，漂移值仍维持在20微克每分钟，是老款试剂测试量的5倍。”张彦华表示，新款试剂的可测范围广，适用于测试各类具有挑战性的样品，属于通用型试剂。

从上游正负极材料、电解液、隔膜到中游电芯制造，以及下游电池回收，水分测量是产品质量控制的关键参数。

不过，由于材料的设计不同，水分测定的挑战也不同。如正极材料，大多为微米或纳米级颗粒，易吸收空气中的水分，特别是三元材料。材料制成极片后水分极难排出，将给下游电池制造商带来巨大困扰。

张彦华表示，电极材料的水分测试可采用库伦法卡式炉专用试剂测试。霍尼韦尔推出的卡式炉用试剂被称为理想的试剂，其同时含有甲醇和丙二醇，因此甲醇部分可被丙二醇取代，系统稳定性好；漂移值更低且更稳定。

持续创新的霍尼韦尔

值得一提的是，Hydranal™新一代醛酮试剂无咪唑、无氯仿，对人体而言较为安全。咪唑有刺激性，对健康有严重危害。皮肤，眼睛及粘膜接触会严重刺激，食入会严重影响胃肠粘膜组织。长期接触可导致皮肤烧伤或溃疡。而氯仿被认为是可疑致癌物，属于第二类易制毒化学品。吸入或经皮肤吸收容易引起急性中毒。

据介绍， Hydranal™新一代醛酮试剂质量标准达到了ISO 17025、ISO 17034认证。作为一款新试剂产品，其独特性还体现在智能化，瓶身植入了RFID芯片，可以将试剂信息直接导入到梅特勒-托利多测定仪上，节省了人工录入试剂信息的步骤。

出色的水分检测实力，背后是持续不断地创新。Hydranal作为水分测试试剂的著名品牌，拥有较早的发展历史。1979年，霍尼韦尔研发的无吡啶试剂诞生后，Hydranal品牌也随之诞生。1998年，霍尼韦尔推出了无甲醇的乙醇基试剂；2022年，霍尼韦尔上市无醇、无吡啶、无氯仿、无咪唑试剂。

据了解，霍尼韦尔研究化学品部门旗下包括三大品牌，包括Burdick Jackson™、Riedel-de Haën™、Fluka™。Hydranal™新一代醛酮试剂，就出自于Fluka™品牌，该品牌涵盖10,000种基础化学品、滴定产品、酸碱盐、标准溶剂、Hydranal KF水分试剂等。

霍尼韦尔致力于无机物、溶剂和其他必需化学品的研制已有200余年历史，最早可追溯到1814年。当时德国化学家Johann Daniel Riedel成功制造出来药品，为化工行业奠定了基础。正是这种开拓精神引领着霍尼韦尔走得更远。