文獻解讀：鋰電池原位產氣的氣體成分分析檢測研究

德國慕尼黑大學物理化學研究所電池研究中心Jan-Patrick Schmiegel等人在期刊電化學學會上發表了一篇《鋰電池原位產氣的氣體成分分析檢測研究》，研究通過安裝在鋰離子軟包電池上的一個取氣裝置（GSP,Gas Sampling Port），實現了電池在不同充電時間、不同電壓狀態以及不同SOC等條件下的氣體組成成分分析，以下為具體研究方案：

樣品及測試裝備

1、電芯信息：鋁塑膜封裝時加入GSP裝置。電池裝配流程(使用NCM-811/人造石墨體系)

2、電化學測試步驟

對電池進行20小時（1.5V恒壓）的充電，然后開始進入化成步驟。

等到化成結束，抽出氣袋中的氣體并重新封裝，再循環一圈。整個過程中，按照周期分析氣體的組分。

3、原位取氣裝置介紹

采用GSP原位取氣裝置，在電池的側邊鋁塑膜袋邊緣采用熱壓的方式密封。

實驗所用GSP取氣裝置

4、原位氣體成分分析

研究在電池每進行一次CV步驟時，都會取出5μL的氣體進行氣體組分分析（分析設備：GC-BID）。

GSP取氣步驟

5、 原位電池的體積測量：通過測量處于液體中的電池的浮力來實時監測電池在整個化成過程中的體積變化。

6、軟包電池的氣密性驗證：通過監測GSP電池和空白對照組進行循環容量比對，發現二者的容量曲線相差1 mAh，這充分表明了GSP電池的良好氣密性。

電池循環容量的對比照分析

結果分析：

在兩種電池循環一圈的過程中， 3V左右會出現一個反應峰：

EC在負極表面還原性能SEI的反應。

通過連續四天的監測和實驗圖譜顯示，兩者只有約22μL的誤差，這個誤差經分析可能來自外界的噪聲即環境影響，而并非本身體積變化，再次驗證了電池的良好氣密性。

a.兩種電池循環一圈的微分容量曲線                       b.GSP電芯四天存儲過程中電芯的體積變化

c.兩種是否含有FEC電池的化成容量曲線及對應的取氣電壓及微分容量曲線差異

在虛線對應的位置取氣分析氣體成分，且對比微分容量曲線可發現，加入FEC后，電池在3V左右的反應峰有所減少，且對比充電過程不同電壓處的氣體成分，發現加入FEC后電池產生的氣體中CO、C2H4和C2H6含量明顯減小，且對比產氣體積量也同樣表現處含FEC的電芯產氣量更少。

兩種電解液體系的電池充電不同電壓的氣體成分曲線

兩種電解液體系電池在充電不同電壓時的產氣體積對比

總結

研究通過鋰離子軟包電池中的GSP采氣裝置實現了原位產氣的氣體組分分析，并能實時監控化成過程中不同電壓位置的產氣具體成分，對進一步深入理解和分析產氣機理有重要參考作用。

電弛DC GPT解決方案

該研究所采用的測試手段，無法真正實現將產氣體積測量和成分分析進行聯動測試，達到真正地在線實時原位測量的目的。且需要在軟包電池封裝階段預置管路，無法實現對已封裝的軟包電池，甚至是硬殼電池進行產氣失效分析。因此具有一定的局限性。

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專利技術，可原位、實時、在線、連續地監測電池的產氣行為，包括產氣量和產氣速率等參數。相較基于采用傳統的阿基米德浮力法、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據（μL），無需數據轉換或換算，數據直接、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GC-MS、DEMS等多種氣體成分分析設備，實現產氣體積測量和成分分析聯動測試，為材料研發和鋰電池電芯產氣機理的分析研究提供了真實可靠的數據支持。

參考文獻

Jan-Patrick Schmiegel, Marco Lei?ing, et al. NovelIn Situ Gas Formation Analysis Technique Using a Multilayer Pouch Bag LithiumIon Cell Equipped with Gas Sampling Port. Journal of The ElectrochemicalSociety, 2020 167 060516.