讓燃料電池測試更智能
文獻解讀:鋰電池原位產(chǎn)氣的氣體成分分析檢測研究
德國慕尼黑大學(xué)物理化學(xué)研究所電池研究中心Jan-Patrick Schmiegel等人在期刊電化學(xué)學(xué)會上發(fā)表了一篇《鋰電池原位產(chǎn)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(xiàn)了電池在不同充電時間、不同電壓狀態(tài)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(xué)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(jié)束,抽出氣袋中的氣體并重新封裝,再循環(huán)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(cè)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(shè)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(jiān)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(jiān)測GSP電池和空白對照組進行循環(huán)容量比對,發(fā)現(xiàn)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(huán)容量的對比照分析
結(jié)果分析:
在兩種電池循環(huán)一圈的過程中, 3V左右會出現(xiàn)一個反應(yīng)峰:
EC在負極表面還原性能SEI的反應(yīng)。
通過連續(xù)四天的監(jiān)測和實驗圖譜顯示,兩者只有約22μL的誤差,這個誤差經(jīng)分析可能來自外界的噪聲即環(huán)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(huán)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(yīng)的取氣電壓及微分容量曲線差異
在虛線對應(yīng)的位置取氣分析氣體成分,且對比微分容量曲線可發(fā)現(xiàn),加入FEC后,電池在3V左右的反應(yīng)峰有所減少,且對比充電過程不同電壓處的氣體成分,發(fā)現(xiàn)加入FEC后電池產(chǎn)生的氣體中CO、C2H4和C2H6含量明顯減小,且對比產(chǎn)氣體積量也同樣表現(xiàn)處含F(xiàn)EC的電芯產(chǎn)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(chǎn)氣體積對比
總結(jié)
研究通過鋰離子軟包電池中的GSP采氣裝置實現(xiàn)了原位產(chǎn)氣的氣體組分分析,并能實時監(jiān)控化成過程中不同電壓位置的產(chǎn)氣具體成分,對進一步深入理解和分析產(chǎn)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(xiàn)將產(chǎn)氣體積測量和成分分析進行聯(lián)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(yù)置管路,無法實現(xiàn)對已封裝的軟包電池,甚至是硬殼電池進行產(chǎn)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(shè)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(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專利技術(shù),可原位、實時、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,實現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)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
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.
2025-07-11?

2025-06-12?
2025-05-27?
2025-05-16?
2025-05-15?
2025-05-09?
2025-05-07?
2025-04-28?
2025-04-23?
2025-04-22?