GPT原位產氣量測試系統(tǒng)在固態(tài)電池領域的應用

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

在常規(guī)的以液態(tài)電解液作為電解質的鋰電池中，NCM正極材料上會有產氣的現(xiàn)象。該氣體來源于電解質和表面雜質的分解和高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?，F(xiàn)在在固態(tài)電池中使用類似的正極材料，必然會出現(xiàn)一個問題，即是否會出現(xiàn)與傳統(tǒng)鋰電池類似的產氣行為，以及必須考慮固體電解質和NCM正極材料之間反應中由微量水誘導的H2S析出或SOx析出等附加過程。

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

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

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氣臌脹后的浮力變化，換算出電池內部產氣體積。這種方法的優(yōu)點是無需破壞軟包電池的外殼結構。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)電池的產氣測量。且無法與氣體成分分析設備進行聯(lián)用，如DEMS、GC-MS等。

理想氣體狀態(tài)方程計算法采用密閉容器，在容器中裝備溫度和電壓測量裝置。通過恒體積壓強變化計算得到氣體的物質的量。該方法普遍用于電池熱失控產氣試驗研究。但存在設備結構復雜、難以進行多通道化測試、測量誤差大、重復性低的問題。

電弛的解決方案

電弛DC GPT解決方案，通過特殊設計的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氣已入到產氣體積測量裝置。該產氣體積測量裝置采用超微量氣體流量測量技術，可原位、實時、在線、連續(xù)地監(jiān)測電池的產氣行為，包括產氣量和產氣速率等參數(shù)。相較基于采用傳統(tǒng)的阿基米德浮力法、理想氣體計算法等方法的測量裝置，本設備可直接測量微量產氣的體積數(shù)據(jù)（μL），無需數(shù)據(jù)轉換或換算，數(shù)據(jù)直接、結果精準、重復性高。且測量后的氣體尾氣可直接進行收集或直接串聯(lián)GC-MS、DEMS等多種氣體成分分析設備，實現(xiàn)產氣體積測量和成分分析聯(lián)動測試，為材料研發(fā)和鋰電池電芯產氣機理的分析研究提供了真實可靠的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻

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