電弛觀察：電池氣體內壓測試與固態電池安全技術

傳統鋰電池內的氣體釋放通常是由高度電解的陰極分解和SEI的形成和分解引起，對電池安全構成極大威脅，會導致電池膨脹、變形、熱失控等安全危害。由于固態電池采用固態電解質取代了傳統的液態電解質，在消除傳統鋰電池的安全焦慮方面，人們對固體電池有很高的期望。

那么是不是固態鋰電池就不會有內部產氣和壓力升高的顧慮了呢？

德國卡爾斯魯厄理工學院的Timo Bartsch等人研究了一種基于β-Li3PS4固體電解質和富鎳層狀氧化物陰極的典型全固態電池的產氣行為。研究顯示，在45°C時，Li/Li+在4.5 V以上電位時檢測到明顯的氧氣和二氧化碳產氣。

中科院物理所聶凱會等人對PEO基固態電池體系，結合實驗和計算系統地研究了其在高電壓狀態下的產氣行為，發現了盡管PEO基聚合物電解質的電化學窗口只有3.8V，但是單純PEO電解質直到負載電壓達到4.5V時才開始出現明顯的產氣分解的行為。

以上研究說明固態電池同樣存在電池內部產氣并產生內部壓力的問題， 因此對固態電池的產氣行為和內壓研究同樣重要。

電弛的解決方案

2023年，武漢電弛新能源有限公司研發團隊經過技術攻關，成功推出了DC IPT原位氣體內壓測定儀，為鋰電池測試提供了全新的解決方案。該產品方案得到了行業內先進企業的認可，其具有以下優點：

（1）直接穿刺，精準測量

大道至簡，摒棄“間接法”測量方式，采用類似于外科穿刺方式，直接對鋰電池內部氣體及壓力進行取樣和測量。通過鋰電池穿刺取樣這種直接測量方法，可以快速獲取真實、準確的數據，從而極大地提升檢測質量效率。

這種直接測量方法的實現原理是，利用專門設計的密封穿刺裝置在電池表面制造一個局部密封的小孔，然后將電池內部氣體導出到測量探頭，直接測量電池內部的壓力或進行進一步的氣體成分分析。這種測量方式不僅可以避免系統漏氣而產生的誤差，還可以實現對不同類型鋰電池（如軟包電池、方形電池、圓柱電池等）的快速取樣。

（2）氣體采樣，兼容并包

“間接法”測量的另一大弊端在于其兼容性。由于這種方法只能針對特定類型的鋰電池進行測量，這無疑增加了測試成本和時間。

為了解決這一問題，我們開發了一種全新的鋰電池氣體采樣接口，該接口具有廣泛的兼容性，可以同時測量不同類型的鋰電池，包括軟包電池、方形電池和圓柱電池等。這一創新性接口的設計與開發基于我們對電池內部氣壓監測的深入理解和多年的專業經驗。通過這種新型氣體采樣接口，我們可以快速、準確地獲取各種類型鋰電池的氣體內壓數據，從而更好地評估其安全性能。這種兼容并包的測量方式不僅提高了測試效率，也降低了測試成本和風險。

①　兼容性強：

DC IPT創新性地引入了“鋰電池氣體采樣接口（GSP）”這一技術，類似于廣泛使用的Type-C接口，實現了不同品牌和類型電池測試的兼容性和互換性。DC IPT鋰電池氣體采樣接口（GSP）打破了傳統測量方法的局限性和弊端，可同時進行軟包電池、方形電池、圓柱電池的測試，無需因不同類型的電池更換不同的測量設備或方法。

②　高效便捷：

用戶無需在不同的測量設備之間切換或等待適配，提高了測試效率，降低了時間和人力成本。

③　數據準確：

采用先進的測量技術和算法分析，確保數據的準確性和可靠性。

④　高重復性：

由于采用了標準化的接口設計和測量流程，保證了測量結果的可重復性和一致性，有利于結果的比較和分析。

（3）網絡接口，云端數據

數據也是生產力，高效率的信息傳遞可以提升企業測試效率，對每塊電池的質量狀態做出快速預判。為了滿足這一需求，DC IPT預設網絡接口，實現了數據聯云上網，以及與其他測試設備或系統進行數據交互和共享。這使得企業可以構建一個完整的電池測試和管理系統，實現對電池測試數據的全面管理和分析。用戶可以跨平臺（PC 、手機、Pad等）訪問每塊電池的氣體內壓測試數據，掌握質量情況。

（4）多通道定制，高通量測試

在電池測試中，通道數量是衡量設備測試能力的重要指標之一。單臺設備的通道數量越高，可承載的測試容量就越大，高通道帶來的經濟優勢，不言而喻。DC IPT標準款為8通道設計，可以大大提高測試效率，降低測試時間和成本。也可以根據客戶需求，定制設計更多通道提高測試通量，使得設備可以適應多種測試場景和需求，具有更強的靈活性和可擴展性。無論是大型企業還是研究機構，都可以根據自身的測試需求和規模，選擇適合的通道數量和配置。

此外，DC IPT的多通道設計還具有優秀的穩定性和可靠性。每個通道都采用了獨立的測量電路，確保了測試的準確性和一致性。

參考文獻

Increasing Poly(ethylene oxide) Stability to 4.5V by Surface Coating of the Cathode. DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02739

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