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電動汽車增長勢頭正盛。
市場調研機構 Counterpoint 新發布的“2022 年第二季度全球乘用電動汽車銷量數據報告”顯示,2022年全球乘用電動汽車總銷量為218萬輛,同比增長了61%。其中純電動汽車占整體銷量近72%的份額,其余則為混動汽車。
純電動車蓬勃發展,消費者的續航里程、安全性等訴求卻仍未改變。
電機、電控和動力電池,是純電動車主要三大部件。其中,動力電池承載著消費者對電動汽車的關鍵性能訴求,電池的質量影響著純電動車的安全、使用壽命、續航里程等。
在鋰電池的生產過程中,隱匿著一個無所不在的“天敵”——水分??諝庵械乃趾繛?.03%,而鋰電池對材料的水分含量要求在數百PPM,甚至小于20PPM即百萬分之二十以下。其對含水量的要求可見一斑。
成分復雜 水分檢測困難
材料中的水分含量是電池中水分的主要來源,因此,控制材料的水分含量十分關鍵。在控制材料含水量之前,必須準確測試出材料含水的數值。
鋰電池關鍵材料包括正負極、隔膜、電解液等。每一種材料因形態與成分不同,含水量的測試方法也各不相同。這為水分測試帶來了挑戰。
以電解液為例,要求水分含量的控制小于20PPM。
電解液成分大致可分為溶劑、鋰鹽、添加劑。在鋰鹽中,六氟磷酸鋰因綜合性能優于其他鋰鹽,成為電解液主流路線。不過,六氟磷酸鋰對水較為敏感,會與水反應將產生一系列不良影響。
六氟磷酸鋰遇水后會生成氫氟酸,氫氟酸則會與電池的陽極發生負面反應。氫氟酸的沸點也較低,會導致電池鼓包。此外,六氟磷酸鋰遇水分解后,導致電解液中的六氟磷酸鋰含量下降,z終導致電解液性能下降。電池水分含量的增加,也將導致電池首次充放電容量下降,電阻隨之增大,進而影響電池壽命。
更嚴重的是,電解液在電池兩極之間扮演著電子傳導的角色,水分的出現,則將發生電解水反應,產生氫氣和氧氣,遇火將發生爆炸。
因此,電解液的水分含量檢測十分關鍵。
電解液的水分測試,采用的是卡爾費休試劑??栙M休試劑的機理在于醇、二氧化硫生成亞硫酸鹽,在亞硫酸鹽的作用下,碘和水發生1:1的反應,人們可以從碘的消耗量中測出水的消耗量。
不過,為電解液水分檢測效果帶來挑戰的,是電解液的添加劑成分。
為了提高電池能量密度,增加電池容量,提高續航,提升電解液的工作電壓承受力是重要手段之一。傳統電解液通常在工作電壓大于4.5V時,會發生分解。電解液添加劑能夠提高鋰電池電壓,常采用LiBOB、LiBDFB、VC、FEC等化學質性十分活潑的添加劑。
傳統的卡爾費休試劑幾乎都含醇的成分,而上述添加劑對醇較為敏感,易產生副反應,導致水分測試不準確或無法進行測試。
如何解決這一難題?
霍尼韋爾亞太區高級技術支持工程師張彥華表示,霍尼韋爾推出Hydranal?新一代醛酮試劑,使得測試含硼等復雜添加劑的電解液成為可能。據介紹,作為全球少有商用的無醇、無咪唑、無氯仿的卡爾費休醛酮試劑。該試劑用乙腈完全替代了醇溶劑,即使在反應性很強的樣品中,這種新試劑也能獲得準確的卡爾費休滴定結果。
相對于含有醇衍生物的老款的AK、CG-K試劑,新款試劑還可以用于測試丙酮,“新款試劑即使測試40ml丙酮,漂移值仍維持在20微克每分鐘,是老款試劑測試量的5倍?!睆垙┤A表示,新款試劑的可測范圍廣,適用于測試各類具有挑戰性的樣品,屬于通用型試劑。
不過,由于材料的設計不同,水分測定的挑戰也不同。如正極材料,大多為微米或納米級顆粒,易吸收空氣中的水分,特別是三元材料。材料制成極片后水分極難排出,將給下游電池制造商帶來巨大困擾。
張彥華表示,電極材料的水分測試可采用庫倫法卡式爐專用試劑測試?;裟犴f爾推出的卡式爐用試劑被稱為理想的試劑,其同時含有甲醇和丙二醇,因此甲醇部分可被丙二醇取代,系統穩定性好;漂移值更低且更穩定。
持續創新的霍尼韋爾
值得一提的是,Hydranal?新一代醛酮試劑無咪唑、無氯仿,對人體而言較為安全。咪唑有刺激性,對健康有嚴重危害。皮膚,眼睛及粘膜接觸會嚴重刺激,食入會嚴重影響胃腸粘膜組織。長期接觸可導致皮膚燒傷或潰瘍。而氯仿被認為是可疑致癌物,屬于第二類易制毒化學品。吸入或經皮膚吸收容易引起急性中毒。
據介紹, Hydranal?新一代醛酮試劑質量標準達到了ISO 17025、ISO 17034認證。作為一款新試劑產品,其獨特性還體現在智能化,瓶身植入了RFID芯片,可以將試劑信息直接導入到梅特勒-托利多測定儀上,節省了人工錄入試劑信息的步驟。
出色的水分檢測實力,背后是持續不斷地創新。Hydranal作為水分測試試劑的著名品牌,擁有較早的發展歷史。1979年,霍尼韋爾研發的無吡啶試劑誕生后,Hydranal品牌也隨之誕生。1998年,霍尼韋爾推出了無甲醇的乙醇基試劑;2022年,霍尼韋爾上市無醇、無吡啶、無氯仿、無咪唑試劑。
據了解,霍尼韋爾研究化學品部門旗下包括三大品牌,包括Burdick & Jackson?、Riedel-de Ha?n?、Fluka?。Hydranal?新一代醛酮試劑,就出自于Fluka?品牌,該品牌涵蓋10,000種基礎化學品、滴定產品、酸堿鹽、標準溶劑、Hydranal KF水分試劑等。
霍尼韋爾致力于無機物、溶劑和其他必需化學品的研制已有200余年歷史,z早可追溯到1814年。當時德國化學家Johann Daniel Riedel成功制造出來藥品,為化工行業奠定了基礎。正是這種開拓精神引領著霍尼韋爾制冷劑走得更遠。