文献解读：锂电池原位产气的气体成分分析检测研究

德国慕尼黑大学物理化学研究所电池研究中心Jan-Patrick Schmiegel等人在期刊电化学学会上发表了一篇《锂电池原位产气的气体成分分析检测研究》，研究通过安装在锂离子软包电池上的一个取气装置（GSP,Gas Sampling Port），实现了电池在不同充电时间、不同电压状态以及不同SOC等条件下的气体组成成分分析，以下为具体研究方案：

样品及测试装备

1、电芯信息：铝塑膜封装时加入GSP装置。电池装配流程(使用NCM-811/人造石墨体系)

2、电化学测试步骤

对电池进行20小时（1.5V恒压）的充电，然后开始进入化成步骤。

等到化成结束，抽出气袋中的气体并重新封装，再循环一圈。整个过程中，按照周期分析气体的组分。

3、原位取气装置介绍

采用GSP原位取气装置，在电池的侧边铝塑膜袋边缘采用热压的方式密封。

实验所用GSP取气装置

4、原位气体成分分析

研究在电池每进行一次CV步骤时，都会取出5μL的气体进行气体组分分析（分析设备：GC-BID）。

GSP取气步骤

5、 原位电池的体积测量：通过测量处于液体中的电池的浮力来实时监测电池在整个化成过程中的体积变化。

6、软包电池的气密性验证：通过监测GSP电池和空白对照组进行循环容量比对，发现二者的容量曲线相差1 mAh，这充分表明了GSP电池的良好气密性。

电池循环容量的对比照分析

结果分析：

在两种电池循环一圈的过程中， 3V左右会出现一个反应峰：

EC在负极表面还原性能SEI的反应。

通过连续四天的监测和实验图谱显示，两者只有约22μL的误差，这个误差经分析可能来自外界的噪声即环境影响，而并非本身体积变化，再次验证了电池的良好气密性。

a.两种电池循环一圈的微分容量曲线                       b.GSP电芯四天存储过程中电芯的体积变化

c.两种是否含有FEC电池的化成容量曲线及对应的取气电压及微分容量曲线差异

在虚线对应的位置取气分析气体成分，且对比微分容量曲线可发现，加入FEC后，电池在3V左右的反应峰有所减少，且对比充电过程不同电压处的气体成分，发现加入FEC后电池产生的气体中CO、C2H4和C2H6含量明显减小，且对比产气体积量也同样表现处含FEC的电芯产气量更少。

两种电解液体系的电池充电不同电压的气体成分曲线

两种电解液体系电池在充电不同电压时的产气体积对比

总结

研究通过锂离子软包电池中的GSP采气装置实现了原位产气的气体组分分析，并能实时监控化成过程中不同电压位置的产气具体成分，对进一步深入理解和分析产气机理有重要参考作用。

电弛DC GPT解决方案

该研究所采用的测试手段，无法真正实现将产气体积测量和成分分析进行联动测试，达到真正地在线实时原位测量的目的。且需要在软包电池封装阶段预置管路，无法实现对已封装的软包电池，甚至是硬壳电池进行产气失效分析。因此具有一定的局限性。

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

Jan-Patrick Schmiegel, Marco Leißing, 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.