电解液溶剂常关注的杂质包括水分、有机杂质、酸性组分、无机杂质、颗粒和非挥发物。它们可能随制备原料带入,也可能来自包装、设备或使用过程。判断一种组分是否属于杂质,要先看它处于单一溶剂产品还是最终电解液中:原料中需要控制的其他组分,也可能是配方中有意加入的共溶剂。
水分:可能在制备之后再次进入
水既可能随原料带入,也可能来自空气、未干燥的容器或管线。它可溶解在溶剂中,不一定形成可见水滴。对于含六氟磷酸锂(LiPF6)等对水敏感组分的电解液,痕量水可能参与分解和酸性副产物生成。
所以水分通常单独测量。外观透明、主体纯度较高,都不能说明水分一定满足用途要求。
有机杂质:与制造路线和物料接触有关
有机杂质的种类与制造路线有关。醇参与的酯交换体系可能残留未反应的醇、关联碳酸酯及二醇;环状碳酸酯的精制也可能涉及二醇控制。下表列出不同工艺中可能关注的杂质,具体项目与含量需结合产品规格和检测结果判断,并非利兴实际生产路线或各批次的检出清单。
| 溶剂产品 | 可能关注的组分 | 可能来源 | 影响或检测关注点 |
|---|---|---|---|
| 碳酸二甲酯(DMC) | 甲醇、乙二醇或丙二醇 | 环状碳酸酯与甲醇酯交换路线的原料及联产物残留 | 分别定量醇与二醇,不用主体峰面积代替 |
| 碳酸二乙酯(DEC) | 乙醇、残留环状碳酸酯及二醇 | 采用乙醇的酯交换及后续分离 | 区分残余反应物与DEC,检查方法分离能力 |
| 碳酸甲乙酯(EMC) | 甲醇、乙醇、DMC或DEC | 涉及甲/乙醇和碳酸酯的平衡反应及分离 | 醇残留与关联碳酸酯引起的组成偏移分别判断 |
| 碳酸乙烯酯(EC) | 乙二醇、二甘醇 | 环状碳酸酯制备与精制过程中的二醇残留 | 关注二醇检测覆盖范围及残留 |
| 碳酸丙烯酯(PC) | 丙二醇 | 环状碳酸酯制备与精制过程中的二醇残留 | 将丙二醇与PC主体成分分别识别、定量 |
例如,DMC可以是最终电解液中主动加入的共溶剂,却是EMC原料中需要单列控制的关联组分。若按EMC原料投料而忽略其中的DMC,实际配比就会偏离计算值。这是组成偏移问题;水、醇等是否引发不希望的反应,则是另一类化学影响,二者不能混为一谈。

酸性物质:酸度不等于某一种酸的含量
酸性物质可能与原料残留、降解或水解有关,可能影响腐蚀、界面和储存稳定性。酸度检测按指定方法反映酸性组分,不能无条件把一个酸度数值解释成某种特定酸的含量。
尤其要区分未加盐的溶剂和已经配成的电解液。含LiPF6体系中关于氟化氢的风险,不能直接拿来断言每份纯碳酸酯原料都含氟化氢。
无机杂质、颗粒与非挥发物
金属元素、离子性残留可能与原料、工艺用物或设备接触有关。它们的影响取决于种类、含量及化学形态;测得总元素含量,也不等于已经知道该元素以哪一种化合物存在。
颗粒可能来自外界、容器或设备磨损;非挥发物则是在规定检测条件下留下的残留。二者并不相同:肉眼看不见的溶解性残留,也可能在溶剂挥发后留下。它们可能影响表面洁净度、过滤和后续使用。
为什么需要组合几种检测方法
气相色谱(GC)用于分离和测量多种有机组分,卡尔费休法常用于水分,元素、离子和颗粒则需相应分析。将这些结果结合起来,才能了解不同类别的杂质。
检测结果应与样品信息和方法范围一起阅读。“未检出”通常表示低于该方法的检出能力;已检出的组分是否影响使用,还取决于含量和目标体系的敏感性。
例如,GC方法在对甲醇和相邻峰完成分离、校准后,可以测量甲醇含量。未知峰则需进一步鉴别,气相色谱与质谱联用(GC/MS)可提供结构线索。二醇、金属等其他项目仍需确认相应方法的适用范围,不能仅凭检测到DMC和EMC就推定全部杂质已被覆盖。
参考资料
表格来源:DMC、DEC、EMC的可能组分参照专利US20110313185A1所述醇与碳酸酯反应及分离体系;EC、PC参照专利US5922888A的二醇杂质说明,其中EC包括乙二醇与二甘醇。
Agilent:电池电解液中碳酸酯溶剂与添加剂的GC/MSD分析(5991-9356EN)

