固態(tài)電池因其高能量密度、長壽命、高安全性能等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在常規(guī)的以液態(tài)電解液作為電解質(zhì)的鋰電池中，NCM正極材料上會(huì)有產(chǎn)氣的現(xiàn)象。該氣體來源于電解質(zhì)和表面雜質(zhì)的分解和高SOC狀態(tài)下的晶格氧釋放，因此主要由二氧化碳和/或氧氣組成。現(xiàn)在在固態(tài)電池中使用類似的正極材料，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，即是否會(huì)出現(xiàn)與傳統(tǒng)鋰電池類似的產(chǎn)氣行為，以及必須考慮固體電解質(zhì)和NCM正極材料之間反應(yīng)中由微量水誘導(dǎo)的H2S析出或SOx析出等附加過程。

氣體的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力升高，影響電池的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，氣體的聚集還會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，降低電池的循環(huán)性能和壽命。

目前，鋰電池產(chǎn)氣研究主要采用測量總產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣成分分析等手段。其中對(duì)于產(chǎn)氣量的測量，一般對(duì)于軟包電池采用阿基米德浮力法，對(duì)于硬殼電池采用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算法。

阿基米德浮力法是一種經(jīng)典的測量方法，其基本原理是通過浸泡在液體中的軟包電池產(chǎn)氣臌脹后的浮力變化，換算出電池內(nèi)部產(chǎn)氣體積。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需破壞軟包電池的外殼結(jié)構(gòu)。但是，這種方法僅適用于體積有明顯變化的軟包電池，并不適用于金屬硬殼電池以及固態(tài)電池的產(chǎn)氣測量。且無法與氣體成分分析設(shè)備進(jìn)行聯(lián)用，如DEMS、GC-MS等。

理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算法采用密閉容器，在容器中裝備溫度和電壓測量裝置。通過恒體積壓強(qiáng)變化計(jì)算得到氣體的物質(zhì)的量。該方法普遍用于電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣試驗(yàn)研究。但存在設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以進(jìn)行多通道化測試、測量誤差大、重復(fù)性低的問題。

電弛的解決方案

電弛DC GPT解決方案，通過特殊設(shè)計(jì)的GSP采氣裝置，可從軟包電池、方殼電池、圓柱電池直接將電池產(chǎn)氣已入到產(chǎn)氣體積測量裝置。該產(chǎn)氣體積測量裝置采用超微量氣體流量測量技術(shù)，可原位、實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)地監(jiān)測電池的產(chǎn)氣行為，包括產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率等參數(shù)。相較基于采用傳統(tǒng)的阿基米德浮力法、理想氣體計(jì)算法等方法的測量裝置，本設(shè)備可直接測量微量產(chǎn)氣的體積數(shù)據(jù)（μL），無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或換算，數(shù)據(jù)直接、結(jié)果精準(zhǔn)、重復(fù)性高。且測量后的氣體尾氣可直接進(jìn)行收集或直接串聯(lián)GC-MS、DEMS等多種氣體成分分析設(shè)備，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣體積測量和成分分析聯(lián)動(dòng)測試，為材料研發(fā)和鋰電池電芯產(chǎn)氣機(jī)理的分析研究提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

Gas Evolution in All-Solid-State Battery Cells. DOI: 10.1021/acsenergylett.8b01457