钠电池材料检测之电解液金属杂质含量分析

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钠电池材料检测之电解液金属杂质含量分析

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https://shiyanjia.com/knowledge-articleinfo-6548.html

钠电池材料检测中，电解液金属杂质含量的分析至关重要。目前主要采用原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）等方法，这些技术具有高灵敏度和高准确性，能够快速检测电解液中的微量金属杂质。

科学指南针-知识课堂

电解液是钠电池的核心组成部分，负责在电池内部传递离子，实现充放电功能。金属杂质的存在可能降低电解液纯度，影响电池的充放电效率和循环寿命，甚至引发安全隐患。

目前，主要采用原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）进行电解液金属杂质含量分析。原子吸收光谱法通过测量特定金属元素原子对特定波长光的吸收程度来确定其含量；而ICP-OES则是利用电感耦合等离子体激发样品中的原子或离子，通过分析发射光的强度来确定金属元素含量。

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测试概念

金属杂质含量的测定主要涉及Al、As、Cd、Cr、Cu、Hg、K、Mg、Ni、Pb、Zn、Ca、Fe等元素。

测试原理

试样溶液通过载气（氩气）雾化后，以气溶胶形式进入等离子体中心区，在高温和惰性气氛中去溶剂化、汽化解离和电离，转化为带正电荷的正离子。这些离子经离子采集系统进入质谱仪，根据质荷比进行分离，离子信号由电子倍增器接收并放大检测。通过分析元素质谱峰强度，实现对各元素的定性或定量分析。

测试资料

钠电电解液组成

溶质

钠离子电池采用钠盐作为溶质。具有大半径阴离子、阴阳离子间缔合作用弱的钠盐，能保证足够的钠盐溶解度和离子传输性能。钠盐根据阴离子的不同，可分为含氧钠盐（NaPF6、NaOTF、NaFSI、NaTFSI等）、含硼钠盐（NaBF4、NaBOB、NaDFOB等）以及其他钠盐（NaClO4等）。目前，钠离子电池电解液通常采用NaPF6作为钠盐。

溶剂

钠离子电池的电解液溶剂主要包括酯类溶剂和醚类溶剂，当前最常用的是酯类溶剂。醚类溶剂主要是DME（乙二醇二甲醚）和DOL（二氧戊环）等。酯类溶剂主要有PC（碳酸丙烯酯）、EC（碳酸乙烯酯）、DEC（碳酸二乙酯）等。酯类对钠盐的溶解性较好，可提供良好的离子传输能力，且结构较稳定，耐氧化，安全性高。实际应用中两种溶剂经常混合使用。

添加剂

添加剂主要分为成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等。其中，成膜添加剂在溶剂分子之前发生还原反应，在正负极表面形成致密、均匀且较薄的SEI/CEI膜，保护电极材料。循环性能差是钠离子电池的核心痛点之一，其关键就是正负极表面的钝化膜的稳定性。典型的成膜添加剂有FEC、VC、1,3-PS、PST、DTD和NaDFOB等。通常使用多种添加剂混合来得到厚薄合适、性质均一稳定的钝化层，这极其考验电池厂的技术经验和工程管控能力，是钠离子电池的核心技术壁垒之一。

金属杂质离子对电解液性能的影响

金属杂质离子具有比钠离子低的还原电位，因此在充电过程中，金属杂质离子将首先嵌入碳负极中，减少了钠离子嵌入的位置，因此减少了钠离子电池的可逆容量。高浓度的金属杂质离子的含量不仅会导致钠离子电池可逆比容量下降，而且金属杂质离子的析出还可能导致碳负极表面无法形成有效的纯化膜层，使整个电池遭到破坏。但钠离子半径较小，钠离子在碳层间的迁移速率大于其它金属离子，因此低浓度的金属杂质质离子对电池性能影响不大，因此一般要求有机电解液中各金属杂质离子的含量小于0.007%。

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