CN112179465A - 一种液态电池电解液含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态电池电解液含量的测定方法，包括含钠离子或钾离子的标准溶液的制备；将标准溶液加入到液态电池中，与液态电池中的电解液混合形成混合液；同时进行多个实验，并对每个液态电池进行编号，间隔从每个液态电池取出混合液，分别检测该混合液中钠离子或钾离子的浓度，直至某次检测的样液的钠离子或钾离子与其前一次检测的样液的钠离子或钾离子的浓度差小于百分比1％；按照本发明所提供的公式计算液态电池电解液的步骤，属于液态电池相关技术领域。本发明所提供的方法，操作简单且易于实施，并且所检测的液态电池电解液的含量准确度高、误差小，可用于区分固液电池和液态电池且可行性高。

Description

一种液态电池电解液含量的测定方法

【技术领域】

本发明属于液态电池相关技术领域，具体涉及一种液态电池电解 液含量的测定方法。

【背景技术】

近年来随着电动汽车的发展以及电网储能及小型储能需求的发 展，开发能够在宽的温度范围使用，具有高安全性、高能量密度及功 率密度的电池十分必要。

然而，传统液态锂离子电池由于采用电解液，存在易泄漏、易挥 发、易燃烧等安全隐患，安全性有待进一步提高，与此同时，液态电 池的能量密度已经接近其上限。因此尽快实现从液态电池到固液混合 电池最终到全固态电池的转变，是解决动力电池安全性能和能量密度 的重要途径。

市场上已经出现了固态电池，但是目前对固态电池和液态电池没 有明确的区分，并且随着电池行业的不断发展，将会出现固液电解质 的锂电池，这就需要区分液态电池、固态电池以及固液电池，以避免 将液态电池充当固液电池或将固液电池充当液态电池，但目前对电池 中的电解液的含量并没有具体的检测方法，因此，需要一种可用于区 分液态电池和固液电池的可行的方法，避免液态电池和固液电池的混 淆。

【发明内容】

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种液态 电池电解液含量的测定方法，该方法可实现在液态电池中对电解液含 量进行测试且简单易行。本发明的主要技术方案如下：

一种液态电池电解液含量的测定方法，包括以下步骤：

S1：制备具有钠离子或钾离子的标准溶液，浓度为C_标，密度为 ρ_标；

S2：准备多个相同的需要测定电解液含量的液态电池；

S3：在每个所述液态电池中加入相同体积V_标的所述标准溶液， 使所述标准溶液与所述液态电池中的电解液混合形成混合液，静置；

S4：间隔第一时间t₁，从第一个所述液态电池中取体积为V₁的 第一混合液，检测该第一混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第 二时间t₂，从第二个所述液态电池中取体积为V₂的第二混合液，检 测该第二混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第n时间t_n，从第 n个所述液态电池中取体积为V_n的第n混合液，检测该第n混合液 的钠离子或钾离子的浓度，直至某次检测的混合液的钠离子或钾离子 的浓度与前一次检测的混合液的钠离子或钾离子的浓度差小于1％， 停止取样；其中，n≥2；

S5：记录最后一次测量为第n次，该次提取的样液体积为V_n， 质量为m_n，样液中钠离子或钾离子的浓度为C_n，注入所述液态电池 的标准溶液的体积为V_标，质量为m_标,采用以下公式计算所述液态电 池中的电解液质量m_电解液：

进一步地，所述S1中，所述标准溶液的钠离子或钾离子浓度为 0.1-1mol/L。

进一步地，所述S1中，所述标准溶液为中的其双(三氟磺酰)亚 胺钠(NaTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(NaFSI)、醋酸钠(CH₃COONa)、 六氟磷酸钾(KFP₆)、双(三氟磺酰)亚胺钾(KTFSI)和双(氟磺酰)亚胺钾 (KFSI)中一种溶于有机溶剂中制备而成。

进一步地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC) 和碳酸二乙酯(DEC)中的任意一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述S4中每次取样液的间隔时间t₁＝t₂＝t_n，优选地， 所述S2中每次取样液的间隔时间为0.5-3h。

进一步地，所述液态电池为软包电池、方形电池和圆柱形电池中 的任意一种。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明所提供的液态电池电解液含量的测定方法，操作简单且易 于实施，使用该方法所测定的电解液含量结果准确度高，与实际含量 相比误差小(误差小于5％)。

【具体实施方式】

本发明旨在提供一种液态电池电解液含量的测定方法，该方法可 实现在液态电池中对电解液含量进行测试且简单易行。本发明的主要 技术方案如下：

一种液态电池电解液含量的测定方法，包括以下步骤：

S1：制备具有钠离子或钾离子的标准溶液，浓度为C_标，密度为 ρ_标；

S2：准备多个相同的需要测定电解液含量的液态电池，可先对每 个所述液态电池进行编号；

S3：在每个所述液态电池中加入相同体积V_标的所述标准溶液， 使所述标准溶液与所述液态电池中的电解液混合形成混合液，静置； 为了尽快让标准溶液与液态电池中的电解液快速混合，可使用振动仪 对每个液态电池进行振荡后再静置；

S4：间隔第一时间t₁，从第一个所述液态电池中取体积为V₁的 第一混合液，检测该第一混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第 二时间t₂，从第二个所述液态电池中取体积为V₂的第二混合液，检 测该第二混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第n时间t_n，从第 n个所述液态电池中取体积为V_n的第n混合液，检测该第n混合液 的钠离子或钾离子的浓度，直至某次检测的混合液的钠离子或钾离子 的浓度与前一次检测的混合液的钠离子或钾离子的浓度差小于1％， 停止取样；其中，n≥2；

S5：记录最后一次测量为第n次，该次提取的样液体积为V_n， 质量为m_n，样液中钠离子或钾离子的浓度为C_n，注入所述液态电池 的标准溶液的体积为V_标，质量为m_标，采用以下公式计算所述液态 电池中的电解液质量m_电解液：

进一步地，所述S1中，所述标准溶液的钠离子或钾离子浓度为0.1-1mol/L。

进一步地，所述S1中，所述标准溶液为双(三氟磺酰)亚胺钠 (NaTFSI)、双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI)、醋酸钠(CH₃COONa)、六 氟磷酸钾(KFP₆)、双(三氟磺酰)亚胺钾(KTFSI)和双(氟磺酰)亚胺钾 (KFSI)中的其中一种溶于有机溶剂中制备而成。

进一步地，所述有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、 碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的任意一种或两种以 上的混合物。

进一步地，所述S2中每次取样液的间隔时间相等，优选地，所 述S2中每次取样液的间隔时间为0.5-3h。

进一步地，所述液态电池为软包电池、方形电池和圆柱形电池中 的任意一种。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述 的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)制备一组软包电池A₁、A₂……A_m，该组软包电池中每个注 入的电解液质量为7.8g，静置12h，使电解液充分浸入电池中。

(2)使用本发明的方法测定A组软包电池的电解液的质量，具 体步骤如下：

S1：制备钠离子浓度为0.1mol/L的标准溶液：取双(三氟磺酰) 亚胺钠(NaTFSI)溶于有机溶剂中，其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC) 和碳酸二甲酯(DMC)按质量比为1:1的混合物，测得标准溶液的密 度ρ_标为1.28g/cm³；分别在A组各软包电池中加入20mL的标准溶液， 标准溶液与软包电池中的电解液混合形成混合液，使用振动仪加速其 混合；

S2：3h后，进行第一次取样，从第一个软包电池中取出3mL的 混合液为样液，用ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度；再隔3h， 第二次取样，从第二个软包电池中取出3mL的混合液为样液，用 ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度，以此方式，每隔3小时从未取 过混合液的软包电池中的其中一个取出3mL的混合液并用ICP-OES 检测该次样液中钠离子的浓度，直至第n次检测的样液的钠离子与前 一次的样液的钠离子的浓度差小于1％，停止取样；

S3：记录第n次检测的样液钠离子浓度为0.0765mol/L，质量为 3.8g；采用以下公式计算所述软包电池中的电解液含量：

根据以上公式，电解液的质量m₁＝7.52g；

计算按照本发明的方法所得出的软包电池A的电解液质量与原 质量的误差：(7.8-7.52)/7.8*100％＝3.59％。

实施例2

(1)制备一组软包电池B₁、B₂……B_m，该组软包电池中每个注 入的电解液质量为10g，静置12h，使电解液充分浸入电池中。

(2)使用本发明的方法测定B组软包电池的电解液的质量，具 体步骤如下：

S1：制备钠离子浓度为0.25mol/L的标准溶液：取NaTFSI溶于 有机溶剂中，其中，有机溶剂为EC和DMC按质量比为1:1的混合 物，测得标准溶液的密度ρ_标为1.29g/cm³；分别在B组各软包电池中 加入12mL的标准溶液，标准溶液与软包电池中的电解液混合形成混合液，使用振动仪加速其混合；

S2：1h后，进行第一次取样，从第一个软包电池中取出3mL的 混合液为样液，用ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度；再隔1h， 第二次取样，从第二个软包电池中取出3mL的混合液为样液，用 ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度，以此方式，每隔1h从未取过 混合液的软包电池中的其中一个取出3mL的混合液并用ICP-OES检 测该次样液中钠离子的浓度，直至第n次检测的样液的钠离子与前一 次的样液的钠离子的浓度差小于1％，停止取样；

S3：记录第n次检测的样液钠离子的浓度为0.150mol/L,质量为 3.84g；采用以下公式计算所述软包电池中的电解液含量：

根据以上公式，电解液的质量m₁＝9.95g；

计算按照本发明的方法所得出的软包电池B的电解液质量与原 质量的误差：(10.12-9.95)/10*100％＝1.2％。

实施例3

(1)制备一组方形电池C₁、C₂……C_m，该组方形电池中每个注 入的电解液质量为15g，静置12h，使电解液充分浸入电池中。

(2)使用本发明的方法测定C组方形电池的电解液的质量，具 体步骤如下：

S1：制备钾离子浓度为0.5mol/L的标准溶液：取KPF₆溶于有机 溶剂中，其中有机溶剂为EC溶液，测得标准溶液的密度ρ_标为 1.30g/cm³；分别在C组各方形电池中加入15mL的标准溶液，标准溶 液与方形电池中的电解液混合形成混合液，使用振动仪加速其混合；

S2：2h后，进行第一次取样，从第一个方形电池中取出3mL的 混合液为样液，用ICP-OES检测该样液中钾离子的浓度；再隔2h， 第二次取样，从第二个方形电池中取出3mL的混合液为样液，用 ICP-OES检测该样液中钾离子的浓度，以此方式，每隔2h从未取过 混合液的方形电池中的其中一个取出3mL的混合液并用ICP-OES测 试该次样液中钾离子的浓度，直至第n次检测的样液的钾离子与前一 次的样液的钾离子的浓度差小于1％，停止取样；

S3：记录第n次检测的样液浓度为0.281mol/L,质量为3.91g；采 用以下公式计算所述方形电池中的电解液含量：

根据以上公式，电解液的质量m₁＝15.28g；

计算按照本发明的方法所得出的方形电池C的电解液质量与原 质量的误差：(15.28-15)/15*100％＝1.87％。

实施例4

(1)制备一组圆柱形电池D₁、D₂……D_m，该组圆柱形电池中每 个注入的电解液质量为20g，静置12h，使电解液充分浸入电池中。

(2)使用本发明的方法测定D组圆柱形电池的电解液的质量， 具体步骤如下：

S1：制备钠离子浓度为0.75mol/L的标准溶液：取KPF₆溶于有 机溶剂中，有机溶剂为EC和DEC按质量比为1:1的混合物，测得标 准溶液的密度ρ_标为1.29g/cm³；分别在D组各圆柱形电池中分别加入 15mL的标准溶液，标准溶液与圆柱形电池D中的电解液混合形成混合液,使用振动仪加速其混合；

S2：0.5h后，进行第一次取样，从第一个圆柱形电池中取出3mL 的混合液为样液，用ICP-OES检测该样液中钾离子的浓度；再隔0.5h， 第二次取样，从第二个圆柱形电池中取出3mL的混合液为样液，用 ICP-OES检测该样液中钾离子的浓度，以此方式，每隔0.5h从未取 过混合液的圆柱形电池中的其中一个取出3mL的混合液并用 ICP-OES检测该次样液中钾离子的浓度，直至第n次检测的样液的钾 离子与前一次的样液的钾离子的浓度差小于1％，停止取样；

S3：记录第n次检测的样液钾离子浓度为0.368mol/L,质量为 3.88g；采用以下公式计算所述圆柱形电池中的电解液含量：

根据以上公式，电解液的质量m₁＝19.45g；

计算按照本发明的方法所得出的圆柱形电池D的电解液质量与 原质量的误差：(20-19.45)/20*100％＝2.75％。

实施例5

(1)制备一组圆柱形电池E₁、E₂……E_m，该组圆柱形电池中每 个注入的电解液质量为12g，静置12h，使电解液充分浸入电池中。

(2)使用本发明的方法测定E组圆柱形电池的电解液的质量， 具体步骤如下：

S1：制备钠离子浓度为1.0mol/L的标准溶液：取CH₃COONa溶 于有机溶剂中，其中，有机溶剂为PC溶液，测得标准溶液的密度ρ _标为1.31g/cm³；分别在E组各圆柱形电池中分别加入12.5mL的标准 溶液，标准溶液与圆柱形电池E中的电解液混合形成混合液,使用振 动仪加速其混合；

S2：0.5h后，进行第一次取样，从第一个圆柱形电池中取出3mL 的混合液为样液，用ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度；再隔0.5h， 第二次取样，从第二个圆柱形电池中取出3mL的混合液为样液，用 ICP-OES检测该样液中钠离子的浓度，以此方式，每隔0.5h从未取 过混合液的圆柱形电池中的其中一个取出3mL的混合液并用 ICP-OES检测该次样液中钠离子的浓度，直至第n次检测的样液的钠 离子与前一次的样液的钠离子的浓度差小于1％，停止取样；

S3：记录第n次检测的样液钠离子浓度为0.581mol/L,质量为 3.89g；采用以下公式计算所述圆柱形电池中的电解液含量：

根据以上公式，电解液的质量m₁＝11.52g；

计算按照本发明的方法所得出的圆柱形电池E的电解液质量与 原质量的误差：(12-11.52)/12*100％＝4％。

根据实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的具体 实施及测试结果显示，本发明所提供的方法简单，易于操作，且测试 结果准确度高、误差小(低于5％)，可操作性强，对于区分液态电 池和固液电池方便可行。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详 细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明 所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种液态电池电解液含量的测定方法，包括以下步骤：

S1:制备具有钠离子或钾离子的标准溶液，浓度为C_标，密度为ρ_标；

S2：准备多个相同的需要测定电解液含量的液态电池；

S3：在每个所述液态电池中加入相同体积V_标的所述标准溶液，使所述标准溶液与所述液态电池中的电解液混合形成混合液，静置；

S4：间隔第一时间t₁，从第一个所述液态电池中取体积为V₁的第一混合液，检测该第一混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第二时间t₂，从第二个所述液态电池中取体积为V₂的第二混合液，检测该第二混合液的钠离子或钾离子的浓度；再间隔第n时间t_n，从第n个所述液态电池中取体积为V_n的第n混合液，检测该第n混合液的钠离子或钾离子的浓度，直至某次检测的混合液的钠离子或钾离子的浓度与前一次检测的混合液的钠离子或钾离子的浓度差小于1％，停止取样；其中，n≥2；

S5：记录最后一次测量为第n次，该次提取的样液体积为V_n，质量为m_n，样液中钠离子或钾离子的浓度为C_n，注入所述液态电池的标准溶液的体积为V_标，质量为m_标，采用以下公式计算所述液态电池中的电解液质量m_电解液：

2.根据权利要求1所述的液态电池电解液含量的测定方法，其特征在于，所述S1中，所述标准溶液的钠离子或钾离子浓度为0.1-1mol/L。

3.根据权利要求1所述的液态电池电解液含量测定的方法，其特征在于，所述S1中，所述标准溶液为双(三氟磺酰)亚胺钠、双(氟磺酰)亚胺锂、醋酸钠、六氟磷酸钾、双(三氟磺酰)亚胺钾和双(氟磺酰)亚胺钾中的其中一种溶于有机溶剂中制备而成。

4.根据权利要求3所述的液态电池电解液含量的测定方法，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的任意一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的液态电池电解液含量的测定方法，其特征在于，所述S4中，每次取混合液的间隔时间t₁＝t₂＝t_n。

6.根据权利要求5所述的液态电池电解液含量测定的方法，其特征在于，所述S4中每次取混合液的间隔时间为0.5-3h。

7.根据权利要求1所述的液态电池电解液含量的测定方法，其特征在于，所述液态电池为软包电池、方形电池和圆柱形电池中的任意一种。