文献解读:锂电池原位产气的气体成分分析与检测。
德国慕尼黑大学物理化学研究所电池研究中心的Jan-Patrick Schmiegel等人在《电化学学会》杂志上发表了一篇关于锂电池原位产气气体成分分析与检测的研究,该研究研究了不同充电次数下电池气体成分的分析, 通过安装在锂离子软包电池上的气体采样装置(GSP,气体采样口)实现不同的电压状态和不同的SOC条件。以下是具体的研究方案:
样品和检测设备
1、电芯信息:铝塑膜包装时加入GSP装置。 采用NCM-811合成石墨体系的电池组装工艺
2.电化学测试步骤
使用电池 20 小时(15V恒压),然后开始进入化成步骤。
地层完成后,将气穴中的气体抽出并重新密封,然后回收利用。 在整个过程中,定期分析气体的成分。
3、原位抽气装置介绍
采用GSP原位抽气装置,电池侧面铝塑膜袋边缘采用热压密封。
4. 原位气体成分分析
在这项研究中,在电池的每个CV步骤中去除5 L气体进行气体成分分析(分析设备:GC-BID)。
5. 原位电池的体积测量:通过测量电池在液体中的浮力,实时监控电池在整个化成过程中的体积变化。
6.软包电池气密性验证:通过监测GSP电池与空白对照组的循环容量对比,发现两者的容量曲线相差1 mAh,充分说明GSP电池气密性好。
结果分析:
在两个电池的循环过程中,3V左右会出现一个反应峰:
EC在负极表面发生反应,降低SEI性能。
通过连续四天的监测和实验图,两者之间的误差仅为22l左右,这可能来自外界噪声,即环境影响,而不是自身体积的变化,这再次验证了电池良好的气密性。
a.差分容量曲线 b. 两个电池的一个周期GSP单元在四天储存期间的体积变化。
c.有或没有FEC的两类电池的化成容量曲线与相应的气体出口电压和差分容量曲线之间的差异。
在虚线对应的位置分析气体成分,并与差分容量曲线进行比较,发现加入FEC后电池在3V左右的反应峰降低,并与充电过程中不同电压下的气体成分进行比较,发现CO, 添加FEC后电池产生的气体中的C2H4和C2H6明显减少,含有FEC的电池产气量也小于产气量。
两种电解液系统电池充电不同电压的气体成分曲线。
两种电解质系统电池在不同电压下的产气量比较。
总结
本研究通过锂离子软包电池GSP产气装置实现原位产气组分分析,实时监测化成过程中不同电压位置产气的具体组分,对进一步认识和分析产气机理具有重要的参考作用。
电松弛DC GPT解决方案
研究所采用的检测手段无法真正实现产气量测量与成分分析的联动测试,从而达到实时原位测量的目的。 而且,在软包电池封装阶段需要预置管路,无法实现封装软包电池甚至硬壳电池的产气失效分析。 因此,它有一定的局限性。
松弛原位产气测试仪的DC GPT解决方案可以通过专门设计的GSP气体回收装置,将软包电池、方壳电池和圆柱形电池的电池产气量直接送入产气量测量装置。 产气量测量装置采用超痕量气体流量测量专利技术,可通过GSP产气装置实时、连续、原位、实时、连续监测电池产气行为,包括产气量、产气率等参数。 与基于传统阿基米德浮力法、理想气体计算法等方法的仪表测量装置相比,该设备无需数据转换或转换即可直接测量微生产气体的体积数据(l),数据可直接监测气体的痕量体积变化,结果准确可靠, 重复性高。同时,该设备可与GC-MS、DEMS等气体成分分析设备串联,实现产气量测量和成分分析的联动测试检测手段,为材料研发和锂电池电芯产气机理分析研究提供真实可靠的数据支撑。
引用
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.