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2024年，被譽為固態(tài)電池元年。隨著新能源汽車市場的持續(xù)擴大，固態(tài)電池作為一種具有高能量密度、長壽命、高安全性的新型電池，逐漸成為未來新能源汽車的主流動力電池。然而，在固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中，安全性問題始終是關(guān)鍵因素之一。電芯原位產(chǎn)氣作為固態(tài)電池安全性問題的重要表現(xiàn)，亟待解決。

固態(tài)電池安全性問題

1、高溫性能

固態(tài)電池在高溫環(huán)境下容易出現(xiàn)性能衰退，甚至熱失控。高溫會導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)和電極材料發(fā)生分解、氧化等化學(xué)反應(yīng)，釋放出氣體，從而產(chǎn)生內(nèi)部壓力。當(dāng)壓力超過電池殼體的承受能力時，電池可能會發(fā)生爆炸。

2、過充與過放

過充和過放是固態(tài)電池安全性的重要隱患。在過充過程中，電池內(nèi)部會產(chǎn)生大量的氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力升高。而過放會導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶，容易引發(fā)內(nèi)部短路，進(jìn)一步加劇電池的熱失控風(fēng)險。

3、內(nèi)部短路

固態(tài)電池在制造和使用過程中，可能會出現(xiàn)內(nèi)部短路現(xiàn)象。內(nèi)部短路會導(dǎo)致電池局部熱量積累，進(jìn)而引發(fā)熱失控。此外，內(nèi)部短路還可能引起電池內(nèi)部的氣體產(chǎn)生和壓力升高，增加電池爆炸的風(fēng)險。

電芯原位產(chǎn)氣的原因及解決方法

原位產(chǎn)氣的原因

電芯原位產(chǎn)氣是指在電池充放電過程中，由于電極材料、電解質(zhì)或其它電池組件的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體的現(xiàn)象。原位產(chǎn)氣會降低電池的性能，增加電池內(nèi)部壓力，甚至引發(fā)熱失控。固態(tài)電池中原位產(chǎn)氣的主要原因包括：

（1）電極材料的熱分解：在充放電過程中，電極材料可能會發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。

（2）電解質(zhì)的熱分解：固態(tài)電解質(zhì)在高溫或高電壓環(huán)境下，容易發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。

（3）電池組件的化學(xué)反應(yīng)：電池內(nèi)部的其他組件，如隔膜、粘結(jié)劑等，也可能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。

（鋰電池的內(nèi)部產(chǎn)氣原因）

解決方法

為了解決電芯原位產(chǎn)氣問題，可以從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)：

（1）優(yōu)化電極材料：選擇穩(wěn)定性好、耐高溫的電極材料，減少電極材料的分解反應(yīng)。同時，對電極材料進(jìn)行表面修飾，提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）改善電解質(zhì)：選用具有高離子導(dǎo)率、低界面阻抗的固態(tài)電解質(zhì)，提高電池在高溫或高電壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。此外，可以開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)，如聚合物、硫化物等，以提高電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。

（3）優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)：設(shè)計合理的電池結(jié)構(gòu)，如采用柔性電極、三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)等，以降低電池內(nèi)部的應(yīng)力集中，減少內(nèi)部短路的風(fēng)險。

（4）嚴(yán)格制造工藝：在電池制造過程中，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，如溫度、濕度等，以降低電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體的可能性。

2024年是固態(tài)電池元年，安全性問題成為關(guān)鍵因素。電芯原位產(chǎn)氣作為固態(tài)電池安全性問題的重要表現(xiàn)，亟待解決。通過優(yōu)化電極材料、改善電解質(zhì)、優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格制造工藝等方法，可以有效降低電芯原位產(chǎn)氣的風(fēng)險。然而，固態(tài)電池安全性問題的解決仍需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。未來，我國應(yīng)繼續(xù)加大研發(fā)投入，推動固態(tài)電池技術(shù)走向成熟，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

電弛GPT-1000S 解決方案

電弛DC GPT-1000S 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)。

其原理是為由于氣體進(jìn)入特定的介質(zhì)中，介質(zhì)分子與氣體分子之間的相互作用破壞了介質(zhì)表面的力平衡，使介質(zhì)表面張力減少，從而在介質(zhì)中形成微小氣泡。由于該介質(zhì)具有惰性與電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體不發(fā)生反應(yīng)，其形成的氣泡可等同于電池產(chǎn)氣體積。然后通過光學(xué)，超聲波，電磁等傳感器測量氣泡，即可得到產(chǎn)氣量。

相較于傳統(tǒng)的Jeff Dahn法（基于阿基米德浮力原理）、理想氣體狀態(tài)方程計算法等方法，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(jìn)行收集或直接串聯(lián)GC、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。

（計量認(rèn)證與方法驗證）

（定制集成化系統(tǒng)多因子耦合測量方案）