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鋰電池新能源的“絆腳石”——水分
閱讀：723 發(fā)布時間：2017-1-22
2016年9月14日，東京大學宣布，通過與日本科學技術(shù)振興機構(gòu)(JST)、日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)(NIMS)的合作研究，發(fā)現(xiàn)了基于“水”的新型鋰離子導電性液體“常溫溶融水合物”(hydrate melt)。使用常溫溶融水合物電解液的鋰離子電池能夠使蓄電池的能量密度和安全性擺脫過去此消彼長的關系，以高水平得到兼顧。
按照一定比例混合2種鋰鹽后，只需加入少量的水即可液化，形成常溫溶融水合物。作為驗證概念的模型，研究人員成功完成3.1V級(LiNi0.5Mn1.5O4正極-Li4Ti5O12負極)和2.4V級(LiCoO2正極-Li4Ti5O12負極)鋰離子電池的可逆運行，證明其能夠達到與使用有機溶劑的商用鋰離子電池(2.4～3.7V)相同的水平。其能量密度也超過市售的2.4V級鋰離子電池的水平，能夠?qū)崿F(xiàn)不到6分鐘的超高速充放電，遠遠超過了市售的鋰離子電池。
看到這里，讀者可能會覺得題文不符。這篇報道的結(jié)尾是這樣說的，“今后，研究人員還將繼續(xù)探索常溫溶融水合物表現(xiàn)出的異常特性的原因，并開拓新功能，找出使用常溫溶融水合物電解液的新型蓄電池裝置的實用化課題并著手進行開發(fā)，還計劃探索功能更強的常溫溶融水合物材料。”從而可知，“常溫溶融水合物”僅僅是一個研究成果，距離投入電解液，乃至電池使用還是遙遙無期的。
2016年11月8日儀器信息網(wǎng)發(fā)布報道《談鋰離子電池水分控制的重要性》中闡述水分對鋰離子電池不良后果：電解液變質(zhì)，電池內(nèi)部壓力過大，高內(nèi)阻，高自放電，低容量，地循環(huán)壽命，電池漏液。充分說明了水分控制仍然是現(xiàn)金鋰電池新能源產(chǎn)業(yè)需要極度重視的大問題。那么問題來了，怎么樣能在生產(chǎn)鋰電池過程檢測ppm級別水分含量呢？
卡爾費休法使用卡爾費休試劑測定鋰電池水分含量，該試劑定量地、有選擇性地與水發(fā)生反應?？栙M休試劑的組成成分是碘、二氧化硫、鹽基和溶劑（酒精等）。
下面化學反應公式所示：
I2+SO2+3Base+ROH+H2O→2Base·HI+Base·HSO4R
庫侖法以碘化物離子、二氧化硫、鹽基和溶劑（酒精等）為主要成分的電解液里添加試樣。如下公式所示，通過電解氧化作用產(chǎn)生碘，直接與卡爾費休試劑發(fā)生反應。
2I" - 2e→I2
按照法拉第定律，碘的產(chǎn)生與電量成正比。因此，能夠從電解氧化所需的電量中求得含水量，即1mg的水=10.71庫侖。
卡爾費休試劑，庫侖法試劑陽極液AXI和陰極液CXU配合使用，可以檢測鋰電池電解液中ppm級別含量的水分含量，精`確度高。若樣品中含有醛和低羥基酮，醛酮類陽極液AKX和陰極液CXU配合使用則更合適。