電弛觀察：電池氣體內(nèi)壓測試與固態(tài)電池安全技術(shù)

傳統(tǒng)鋰電池內(nèi)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(gòu)成極大威脅，會導(dǎo)致電池膨脹、變形、熱失控等安全危害。由于固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，在消除傳統(tǒng)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(tài)鋰電池就不會有內(nèi)部產(chǎn)氣和壓力升高的顧慮了呢？

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Timo Bartsch等人研究了一種基于β-Li3PS4固體電解質(zhì)和富鎳層狀氧化物陰極的典型全固態(tài)電池的產(chǎn)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(chǎn)氣。

中科院物理所聶凱會等人對PEO基固態(tài)電池體系，結(jié)合實驗和計算系統(tǒng)地研究了其在高電壓狀態(tài)下的產(chǎn)氣行為，發(fā)現(xiàn)了盡管PEO基聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)窗口只有3.8V，但是單純PEO電解質(zhì)直到負載電壓達到4.5V時才開始出現(xiàn)明顯的產(chǎn)氣分解的行為。

以上研究說明固態(tài)電池同樣存在電池內(nèi)部產(chǎn)氣并產(chǎn)生內(nèi)部壓力的問題， 因此對固態(tài)電池的產(chǎn)氣行為和內(nèi)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(fā)團隊經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，成功推出了DC IPT原位氣體內(nèi)壓測定儀，為鋰電池測試提供了全新的解決方案。該產(chǎn)品方案得到了行業(yè)內(nèi)先進企業(yè)的認可，其具有以下優(yōu)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(nèi)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(shù)據(jù)，從而極大地提升檢測質(zhì)量效率。

這種直接測量方法的實現(xiàn)原理是，利用專門設(shè)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(nèi)部氣體導(dǎo)出到測量探頭，直接測量電池內(nèi)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(tǒng)漏氣而產(chǎn)生的誤差，還可以實現(xiàn)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(fā)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(chuàng)新性接口的設(shè)計與開發(fā)基于我們對電池內(nèi)部氣壓監(jiān)測的深入理解和多年的專業(yè)經(jīng)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(nèi)壓數(shù)據(jù)，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(fēng)險。

①　兼容性強：

DC IPT創(chuàng)新性地引入了“鋰電池氣體采樣接口（GSP）”這一技術(shù)，類似于廣泛使用的Type-C接口，實現(xiàn)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(tǒng)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(shè)備或方法。

②　高效便捷：

用戶無需在不同的測量設(shè)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(shù)據(jù)準確：

采用先進的測量技術(shù)和算法分析，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

④　高重復(fù)性：

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

（3）網(wǎng)絡(luò)接口，云端數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)也是生產(chǎn)力，高效率的信息傳遞可以提升企業(yè)測試效率，對每塊電池的質(zhì)量狀態(tài)做出快速預(yù)判。為了滿足這一需求，DC IPT預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)聯(lián)云上網(wǎng)，以及與其他測試設(shè)備或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和共享。這使得企業(yè)可以構(gòu)建一個完整的電池測試和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對電池測試數(shù)據(jù)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(nèi)壓測試數(shù)據(jù)，掌握質(zhì)量情況。

（4）多通道定制，高通量測試

在電池測試中，通道數(shù)量是衡量設(shè)備測試能力的重要指標之一。單臺設(shè)備的通道數(shù)量越高，可承載的測試容量就越大，高通道帶來的經(jīng)濟優(yōu)勢，不言而喻。DC IPT標準款為8通道設(shè)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(jù)客戶需求，定制設(shè)計更多通道提高測試通量，使得設(shè)備可以適應(yīng)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(yè)還是研究機構(gòu)，都可以根據(jù)自身的測試需求和規(guī)模，選擇適合的通道數(shù)量和配置。

此外，DC IPT的多通道設(shè)計還具有優(yōu)秀的穩(wěn)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