锂电池新能源的“绊脚石”——水分

　　2016年9月14日，东京大学宣布，通过与日本科学技术振兴机构(JST)、日本物质材料研究机构(NIMS)的合作研究，发现了基于“水”的新型锂离子导电性液体“常温溶融水合物”(hydrate melt)。使用常温溶融水合物电解液的锂离子电池能够使蓄电池的能量密度和安全性摆脱过去此消彼长的关系，以高水平得到兼顾。

　　按照一定比例混合2种锂盐后，只需加入少量的水即可液化，形成常温溶融水合物。作为验证概念的模型，研究人员成功完成3.1V级(LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极-Li₄Ti₅O₁₂负极)和2.4V级(LiCoO₂正极-Li₄Ti₅O₁₂负极)锂离子电池的可逆运行，证明其能够达到与使用有机溶剂的商用锂离子电池(2.4～3.7V)相同的水平。其能量密度也超过市售的2.4V级锂离子电池的水平，能够实现不到6分钟的超高速充放电，远远超过了市售的锂离子电池。

　　看到这里，读者可能会觉得题文不符。这篇报道的结尾是这样说的，“今后，研究人员还将继续探索常温溶融水合物表现出的异常特性的原因，并开拓新功能，找出使用常温溶融水合物电解液的新型蓄电池装置的实用化课题并着手进行开发，还计划探索功能更强的常温溶融水合物材料。”从而可知，“常温溶融水合物”仅仅是一个研究成果，距离投入电解液，乃至电池使用还是遥遥无期的。

　　2016年11月8日仪器信息网发布报道《谈锂离子电池水分控制的重要性》中阐述水分对锂离子电池不良后果：电解液变质，电池内部压力过大，高内阻，高自放电，低容量，地循环寿命，电池漏液。充分说明了水分控制仍然是现金锂电池新能源产业需要极度重视的大问题。那么问题来了，怎么样能在生产锂电池过程检测ppm级别水分含量呢？

　　卡尔费休法使用卡尔费休试剂测定锂电池水分含量，该试剂定量地、有选择性地与水发生反应。卡尔费休试剂的组成成分是碘、二氧化硫、盐基和溶剂（酒精等）。

　　下面化学反应公式所示：

I₂+SO₂+3Base+ROH+H₂O→₂Base·HI+Base·HSO₄R

　　库仑法以碘化物离子、二氧化硫、盐基和溶剂（酒精等）为主要成分的电解液里添加试样。如下公式所示，通过电解氧化作用产生碘，直接与卡尔费休试剂发生反应。

2I" - 2e→I₂

　　按照法拉第定律，碘的产生与电量成正比。因此，能够从电解氧化所需的电量中求得含水量，即1mg的水=10.71库仑。

　　卡尔费休试剂，库仑法试剂阳极液AXI和阴极液CXU配合使用，可以检测锂电池电解液中ppm级别含量的水分含量，精确度高。若样品中含有醛和低羟基酮，醛酮类专用阳极液AKX和阴极液CXU配合使用则更合适。

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