電解液含水量、濁度、色度分析使用在線光譜儀的重要意義

鋰電池制造過程中，電解液作為鋰離子的流通通道，在鋰電池中起到連接正負(fù)極的作用。對(duì)于鋰電池電解液，其中最主要的要求在于3個(gè)方面——含水量、濁度、色度。它們會(huì)對(duì)電解液的性能產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于上述的3種要求，我們根據(jù)它們對(duì)電池的產(chǎn)生影響進(jìn)行如下的分析。

一、含水量過高的危害

鋰電池電解液含水量出廠標(biāo)準(zhǔn)是小于等于20ppm（有些要求低于50ppm），正常值約10ppm。含水量的高低會(huì)對(duì)鋰電池的電阻、放電電容、電池循環(huán)容量衰減、電池的厚度等產(chǎn)生影響。

含水量過高，會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)機(jī)制。水分與電解液中的鋰鹽反應(yīng)，生成氫氟酸（HF）等酸性物質(zhì)，導(dǎo)致HF腐蝕正極材料，表面生成LiF等鈍化層，增加界面阻抗。對(duì)于負(fù)極SEI膜會(huì)被破壞后再生，消耗活性鋰并形成更厚的非均質(zhì)層，增加電荷轉(zhuǎn)移阻力。這樣會(huì)使內(nèi)阻升高導(dǎo)致充放電效率下降，倍率性能惡化，電池發(fā)熱加劇。

使放電容量降低。含水量過高，正極材料會(huì)產(chǎn)生如過渡金屬溶解的結(jié)構(gòu)腐蝕，降低鋰離子存儲(chǔ)位點(diǎn)。負(fù)極表面產(chǎn)生如析氫反應(yīng)的副反應(yīng)導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)，活性鋰不可逆消耗。還有電解液中鋰離子濃度下降，會(huì)降低有效載流子數(shù)量。

導(dǎo)致循環(huán)容量衰減加速。水分會(huì)誘發(fā)的SEI膜破裂、再生，不僅持續(xù)消耗電解液溶劑（EC、DMC）和鋰鹽，其穩(wěn)定性下降會(huì)觸發(fā)副反應(yīng)鏈?zhǔn)窖h(huán)（如界面腐蝕、鋰枝晶生長(zhǎng)），導(dǎo)致活性鋰不可逆損失與容量加速衰減。

電池的厚度膨脹。水分含量的增加，電池的厚度也在變大。因?yàn)樗謺?huì)參與電解液分解發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（H2O+EC→CO2+C2H4+H2O)，產(chǎn)生氣體。氣體在密閉電池內(nèi)部積累，導(dǎo)致軟包電池鼓包或方形或圓柱電池內(nèi)壓升高。之后在長(zhǎng)期循環(huán)中電極材料體積膨脹與氣體壓力疊加，加劇厚度變化，可能引發(fā)殼體破裂或電解液泄漏。

行業(yè)內(nèi)對(duì)電解液的水分檢測(cè)目前都是采用庫侖法卡氏水分儀進(jìn)行。由于電解液的組成越來越復(fù)雜、添加劑的應(yīng)用越來越多，一些添加劑的加入導(dǎo)致常規(guī)的卡氏試劑在測(cè)試時(shí)出現(xiàn)副反應(yīng)，測(cè)試結(jié)果不平行，漂移值上升。

針對(duì)上述檢測(cè)方法的缺陷，CYS-EX-H2O微量水含量在線光譜分析儀可以做到無需試劑，無需樣品預(yù)處理，避免測(cè)試時(shí)出現(xiàn)副反應(yīng)，做到精準(zhǔn)測(cè)量。產(chǎn)品自帶高穩(wěn)連續(xù)光源和恒溫探測(cè)器，可選配全自動(dòng)清洗組件，可以進(jìn)行痕量水測(cè)量。

二、引發(fā)濁度的原因

電解液正常情況下是無色透明，無機(jī)械雜質(zhì)。

鋰鹽分解或是水解，生成 LiF、POF3 等不溶性固體顆粒，LiF等無機(jī)鹽溶解度極低以懸浮顆粒形式存在，直接導(dǎo)致電解液濁度升高；添加劑夾帶雜質(zhì)引入不溶物，例如，過量的阻燃劑可能與電解液溶劑分層，形成渾濁界面。某些SEI成膜添加劑（如VC、FEC）在特定濃度或溫度下可能與其他組分（如鋰鹽）發(fā)生反應(yīng)，生成不溶性物質(zhì)（如聚碳酸酯）；溫度因素，在 低溫環(huán)境 下的二氟磷酸鋰，溶解緩慢導(dǎo)致未完全溶解，表現(xiàn)為渾濁。在高溫下LiPF6會(huì)加速分解及溶劑氧化，顯著增加渾濁風(fēng)險(xiǎn)。

目前的檢測(cè)方法存在一些問題。目視觀察法主觀性強(qiáng)，僅能檢測(cè)>1 NTU的濁度，靈敏度低且無法區(qū)分顆粒類型。動(dòng)態(tài)光散射發(fā)采用的儀器昂貴，為了避免多重散射還需稀釋樣品。顯微鏡觀察法，樣品制備需進(jìn)行干燥、鍍膜操作，流程復(fù)雜，無法實(shí)時(shí)檢測(cè)。

CYS-EX-CAT在線光譜濁度分析儀，基于近紅外散射與吸收原理研發(fā)。產(chǎn)品采用12°散射角和環(huán)形陣列探測(cè)器，特殊結(jié)構(gòu)抗光衰并耐輕度窗口臟污，確保儀器測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)且能長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

三、色度異常對(duì)電池性能的影響

電解液的色度（顏色深淺）是其化學(xué)穩(wěn)定性和純度的重要指標(biāo)。這里我們著重分析色度異常對(duì)電池性能的影響。正常電解液應(yīng)呈現(xiàn)無色或淡黃色透明液體。

如電解液呈現(xiàn)為淡黃色，可能預(yù)示溶劑輕微氧化，導(dǎo)致SEI膜增厚，內(nèi)阻小幅升高；呈現(xiàn)為深黃或是棕色，表明嚴(yán)重副反應(yīng)（如金屬溶解、LiPF6分解），容量衰減加速，循環(huán)壽命下降；如果產(chǎn)生黑色懸浮物，是由于大量不溶碳質(zhì)顆粒（如石墨負(fù)極剝離），會(huì)引發(fā)短路風(fēng)險(xiǎn)。

使用CYS-EX-CAC色度分析儀在線光譜儀基于可見光吸收光譜原理，實(shí)時(shí)檢測(cè)液體色度。產(chǎn)品帶有高穩(wěn)連續(xù)光源、高精度濾光片、恒溫探測(cè)器、全自動(dòng)清洗和多色標(biāo)體系。

如果您想了解更多，例如鋰電池制造流程中的NMP溶液檢測(cè)，《鋰電池制造中 NMP溶液回收及在線折光儀應(yīng)用》這篇文章可能會(huì)對(duì)您有幫助?；蚴侵苯?a target="_blank" style="color: rgb(79, 129, 189);">聯(lián)系我們，我們將為您提供專屬產(chǎn)品解決方案。