鋰電材料水分難測？ 霍尼韋爾新試劑將難題“一網打盡”

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。