GPT原位产气量测试系统在固态电池领域的应用

固态电池因其高能量密度、长寿命、高安全性能等优点逐渐成为电池领域的研究热点。

在常规的以液态电解液作为电解质的锂电池中，NCM正极材料上会有产气的现象。该气体来源于电解质和表面杂质的分解和高SOC状态下的晶格氧释放，因此主要由二氧化碳和/或氧气组成。现在在固态电池中使用类似的正极材料，必然会出现一个问题，即是否会出现与传统锂电池类似的产气行为，以及必须考虑固体电解质和NCM正极材料之间反应中由微量水诱导的H2S析出或SOx析出等附加过程。

气体的产生会导致电池内部压力升高，影响电池的稳定性和安全性。同时，气体的聚集还会导致电池内部短路，降低电池的循环性能和寿命。

目前，锂电池产气研究主要采用测量总产气量、产气成分分析等手段。其中对于产气量的测量，一般对于软包电池采用阿基米德浮力法，对于硬壳电池采用理想气体状态方程计算法。

阿基米德浮力法是一种经典的测量方法，其基本原理是通过浸泡在液体中的软包电池产气臌胀后的浮力变化，换算出电池内部产气体积。这种方法的优点是无需破坏软包电池的外壳结构。但是，这种方法仅适用于体积有明显变化的软包电池，并不适用于金属硬壳电池以及固态电池的产气测量。且无法与气体成分分析设备进行联用，如DEMS、GC-MS等。

理想气体状态方程计算法采用密闭容器，在容器中装备温度和电压测量装置。通过恒体积压强变化计算得到气体的物质的量。该方法普遍用于电池热失控产气试验研究。但存在设备结构复杂、难以进行多通道化测试、测量误差大、重复性低的问题。

电弛的解决方案

电弛DC GPT解决方案，通过特殊设计的GSP采气装置，可从软包电池、方壳电池、圆柱电池直接将电池产气已入到产气体积测量装置。该产气体积测量装置采用超微量气体流量测量专利技术，可原位、实时、在线、连续地监测电池的产气行为，包括产气量和产气速率等参数。相较基于采用传统的阿基米德浮力法、理想气体计算法等方法的测量装置，本设备可直接测量微量产气的体积数据（μL），无需数据转换或换算，数据直接、结果精准、重复性高。且测量后的气体尾气可直接进行收集或直接串联GC-MS、DEMS等多种气体成分分析设备，实现产气体积测量和成分分析联动测试，为材料研发和锂电池电芯产气机理的分析研究提供了真实可靠的数据支持。

参考文献

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