鋰離子電池中極片殘留水分測試及所帶來的影響

1、水分危害電池性能的基本機理

鋰離子電池中水分如果過高，會與電解液反應。首先，水分與電解液里面的鋰鹽反應生成HF：

H2O+LiPF6→POF3+LiF+2HF

氫氟酸是一中腐蝕性很強的酸，它可以使電池內部的金屬零件腐蝕，進而使電池最終漏液。而且HF破壞SEI膜，會與SEI膜主要成分繼續發生反應：

ROCO2Li+HF→ROCO2H+LiF

Li2CO3+2HF→H2CO3+2LiF

最后，在電池內部產生LiF沉淀，使鋰離子在電池負極片發生不可逆轉的化學反應，消耗活性鋰離子，電池的能量就減少了。當水分足夠多時，產生的氣體多，電池內部的壓力就會變大，從而引起電池受力變形，出現電池鼓漲，漏液等危險。

2、極片殘留水分測試

電池極片中殘留的水分一般為幾百ppm，相對而言水分含量較低，無法用簡單方法測量，一般采用卡爾費休庫倫法測試微量水分，其原理是一種電化學方法。儀器電解池中的卡氏試劑達到平衡時注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產生，從而使氧化還原反應不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據法拉第電解定律，電解產生的碘同電解時耗用的電量成正比例關系的，其反應如下：

H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

在電解過程中，電極反應如下：

陽極：2I--2e→I2

陰極：I2+2e→2I-

2H++2e→H2↑

從以上反應中可以看出，即1摩爾的碘氧化1摩爾的二氧化硫，需要1摩爾的水。所以電解碘的電量相當于電解水的電量，電解1摩爾碘需要2×96493庫侖電量，電解1毫摩爾水需要電量為96493毫庫侖電量。樣品中水分含量根據式（1）計算：

式中：W---樣品中的水分含量，μg；Q---電解電量，mC；18---水的分子量。

卡爾費休微量水分測試儀一般結構如圖1所示，主要包含卡爾費休電解池和卡氏加熱爐，極片樣品放入密封樣品瓶中，然后一定溫度下加熱樣品瓶，樣品中的水分蒸發，然后利用干燥氣體將水蒸氣送入電解池中參與反應，再測定電解過程中的電量，從而滴定水分含量。