【摘要】 在电解液金属杂质含量分析方面，目前主要采用的方法包括原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）等。

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首先，电解液是钠电池中的核心组成部分，它负责在电池内部传递离子，从而实现电池的充放电功能。而金属杂质的存在，可能会对电解液的性能产生不利影响。例如，金属杂质可能降低电解液的纯度，从而影响电池的充放电效率和循环寿命。此外，金属杂质还可能引发电池内部的电化学反应，导致电池性能不稳定甚至安全隐患。

在电解液金属杂质含量分析方面，目前主要采用的方法包括原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）等。这些方法具有高灵敏度、高准确性等优点，可以实现对电解液中微量金属杂质的快速检测。

具体来说，原子吸收光谱法是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的方法。而电感耦合等离子体发射光谱法则是利用电感耦合等离子体激发样品中的原子或离子，使其发射出特定波长的光，进而通过分析这些光的强度来确定金属元素的含量。

 

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测试概念

金属杂质含量的测定（杂质主要为:Al、As、Cd、Cr、Cu、Hg、K、Mg、Ni、Pb、Zn、Ca、Fe）

 

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测试原理

试样溶液由载气(氩气)引入雾化系统进行雾化后,以气溶胶形式进入等离子体中心区,在高温和悔性气氛中被去溶剂化、汽化解离和电离,转化成带正电荷的正离子,经离子采集系统进入质谱仪,质谱仪根据质荷比进行分离,离子信号由电子倍增器接收,经放大后进行检测。根据元素质谱峰强度,对各元素进行定性或定量分析。

 

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测试资料

钠电电解液组成

1.溶质

钠离子电池采用钠盐作为溶质。拥有大半径阴离子、阴阳离子间缔台合作用弱的钠盐,能保证足够的钠盐溶解度和离子传输性能,是比较好的选择。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(NaCIO4等)。从热稳定性角度分析,NaClO4最佳,但易自爆。目前,钠离子电池电解液通常采用NaPFC6做为钠盐。六氟磷酸钠的生产工艺、设备及成本和六氟磷酸锂基本一致,区别仅是其原料用钠盐替代了碳酸锂。其技术门槛和量产难度较小,重置成本低,离子导电性更好(导电率为7.98mS/cm),因此,钠离子电池溶质的用量比锂离子电池少50%左右,约0.5mol/L。

 

2.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。醚类可促进钠离子在炭材料层|间的插入,提升材料的比容量、首次库仑效率和倍率性能,但容易生成过氧化物,耐氧化性差,应用中易起火,安安全性差。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。酯类对钠盐的容解性较好,做电解液时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。在实际应用中两种溶剂经常混合使用。

 

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3.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、均一且较薄的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。在电池首周充电化成时,负极表面形成的SEI膜会消耗一部分从正极脱出的钠离子,降低电池的可逆容量,补钠技术对提升钠离子电池容量十分重要。目前主流的补钠方法为负极预钠化、正极富钠材料以及富钠添加剂,技术壁垒高。

 

4.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匕层,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%。

 

参考文献

  • 王艳，陈立泉，王少飞. 钠离子电池电解液的研究进展[J]. 电池，2016，46(8): 410-412.这篇文章综述了钠离子电池电解液的研究进展，其中涉及了电解液中金属杂质对电池性能的影响，以及相关的分析检测方法。

  • 张宇，朱成军，刘剑洪. 钠离子电池电解液添加剂的研究进展[J]. 化学通报，2019，82(5): 409-415.该文章讨论了钠离子电池电解液添加剂的作用及其对电池性能的影响，也间接提到了电解液纯度及金属杂质控制的重要性。

  • 李文峰，杨勇. 钠离子电池电解质研究进展[J]. 化学进展，2017，29(7): 733-750文章中详细介绍了钠离子电池电解质的研究现状，包括电解液中金属杂质的来源、影响以及检测方法。

 

分析测试实验室

 

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