一、研究背景与意义
在全球能源结构转型加速的背景下，锂电池作为新能源汽车与储能设备的核心组件，其性能与安全性成为行业竞争的关键指标。超纯水作为锂电池生产的"隐形原料"，贯穿于电极材料制备、电解液配制、隔膜清洗等全流程，其纯度直接决定电池的循环寿命与安全性能。研究表明，水中微量金属离子（如Fe²⁺、Na⁺）会导致正极材料晶体结构畸变，TOC超标则引发电解液分解，仅0.02ppb的Fe²⁺污染即可使NCM811正极首次效率下降7个百分点。
二、结果与分析
（一）超纯水机的水质性能
1、核心水质指标达标情况
连续72小时监测结果显示，博清生物超纯水机的产水质量稳定优于锂电池行业核心标准。其超纯水电阻率持续稳定在 18.25MΩ・cm（25℃）。
金属离子控制方面，该设备对Fe²⁺、Na⁺的去除率均达到99.999%以上，含量分别低至0.004ppb和0.007ppb，远低于宁德时代等头部企业设定的0.01ppb限值。这得益于其双级反渗透工艺与精密终端过滤的协同作用，一级RO膜截留99%以上的离子，二级RO膜进一步深度脱盐，确保痕量离子被高效去除。
2、运行稳定性分析
在30天连续运行测试中，博清生物超纯水机展现出优异的运行稳定性。设备通过恒压系统自动调节预处理强度，在进水TDS波动的情况下，仍能维持产水电阻率稳定。其独特的双向反冲洗系统发挥关键作用：开机30秒自动反冲与关机10秒速启反冲程序，有效防止RO膜表面胶体与颗粒物沉积，30天内RO膜压差仅从0.12MPa升至0.15MPa，远低于对照设备的0.28MPa。
智能预警系统的实用性在低水压模拟实验中得到验证：当进水压力降至0.8Kgf/cm²时，设备立即触发声光报警并自动停机，避免了干烧对膜组件的损伤。在线3路水质监测系统可实时追溯水源、RO纯水及超纯水的全链条水质数据，为生产过程追溯提供技术支撑。
（二）超纯水对锂电池性能的影响
1、正极材料性能优化
采用博清生物超纯水制备的NCM811正极材料，其晶体结构与电化学性能均得到显著提升。X射线衍射（XRD）分析显示，该材料的（003）峰强度明显高于对照样品，峰宽更窄，表明晶体结构更完整，这是由于痕量金属离子污染减少，避免了晶格畸变的发生。
电化学测试结果表明，使用博清生物超纯水的正极材料首次充放电效率达到92.3%，较对照设备提升6.8个百分点；1C倍率下循环2000次后容量保持率为85.7%，远高于对照样品的62.3%。这与金属离子控制效果直接相关——Fe²⁺等杂质离子的减少抑制了正极材料的相变与结构坍塌，延缓了容量衰减速率。
2、电解液稳定性改善
电解液的水分与杂质含量直接影响SEI膜的形成质量。使用博清生物超纯水配制的电解液，水分含量稳定控制在18-22ppm，Na⁺含量<0.01ppb，在60℃储存7天后，电解液的电导率变化率仅为2.1%，远低于对照电解液的8.3%。
扣式电池的CV测试显示，使用博清生物超纯水电解液的电池在3.8V附近的氧化还原峰更尖锐，峰电流更大且峰位稳定，表明锂离子嵌入/脱出反应更可逆。循环测试中，该电池的自放电率仅为0.28%/月，较对照电池降低0.32个百分点，这得益于低TOC超纯水减少了电解液的分解反应，维持了SEI膜的稳定性。
（三）设备运维与经济性分析
博清生物超纯水机的模块化设计与智能运维功能显著降低了使用成本。快插式接头使滤柱更换时间从传统设备的2小时缩短至20分钟，维护效率提升83%。RO膜自清洁技术延长膜寿命至24个月，较对照设备提升40%，每年可节省膜更换成本约1.2万元。
能耗方面，该设备功率仅为50W，吨水能耗低至0.75kW・h，较传统设备的1.2kW・h降低37.5%。分质供水功能可同时输出RO纯水（用于清洗）与UP超纯水（用于合成），避免了高纯度水的浪费，进一步降低单位产值水耗。按5GWh动力电池生产线测算，采用博清生物超纯水机每年可节约水处理综合成本超300万元。
三、讨论
（一）技术优势与核心机制
博清生物科技（南京）有限公司研发的超纯水机在锂电池生产中的核心优势源于"纯化精度-运行稳定-运维高效"的三维技术体系。其双级反渗透工艺通过段间优化设计，实现了99.9%以上的脱盐率，为后续精处理奠定基础；在线3路水质监测系统采用高精度传感器，确保水质参数实时可控，解决了传统设备"盲测运行"的问题。
RO膜自清洁技术是该设备稳定性的关键创新点。传统设备因膜污染导致的水质波动，在锂电池生产中可能引发批次性质量问题，而博清生物超纯水机通过压力传感与脉冲反冲的联动控制，将膜污染速率降低60%，这与上海奥力原报道的智能防污堵系统具有同等技术价值。此外，一体化塑料机箱的人体工程学设计与快插式管路系统，显著降低了运维门槛，更适配化工与材料行业的工业化生产场景。
（二）应用局限性与优化方向
实验发现，该设备在高TDS水源（>200ppm）条件下，产水电阻率波动幅度略有增大，需配合外置软化器使用才能达到最佳效果。未来可通过集成EDI电去离子模块，进一步提升高盐水源的适应能力，使电阻率稳定在18.25MΩ・cm 以上，满足固态电池等前沿领域的更高需求。
在智能化升级方面，可借鉴数字孪生监控技术，构建设备运行虚拟模型，通过机器学习算法预判膜组件寿命与故障风险，将预警准确率提升至98%以上。同时，开发光伏驱动的节能版本，结合浓水回收系统，实现废水回用率85%以上，进一步降低碳足迹，适配新能源行业的绿色发展需求。
（三）行业应用前景
随着锂电池能量密度向300Wh/kg突破，对超纯水的纯度要求将从ppb级向ppt级迈进，超低TOC控制（<0.5ppb）与零排放系统成为发展方向。博清生物超纯水机的模块化扩展架构支持产能从10L/h到60L/h灵活配置，通过多单元并联可满足从实验室研发到规模化生产的全场景需求。
在固态电池研发领域，该设备通过升级真空脱气模块可将溶解氧降至0.3ppb以下，适配新型电解质材料的合成需求。其低成本优势与稳定性能，有望替代进口设备，推动锂电池行业超纯水制备的国产化进程。
博清生物科技（南京）有限公司研发的超纯水机通过技术创新实现了水质精度与运维效率的协同优化，为化工与材料行业锂电池生产提供了高效可靠的超纯水解决方案，具有广阔的推广应用前景。
