深大/北大AFM：全面揭示锂电池的产气行为，迈向安全实际应用！

锂电池产生的气体对其电化学性能是不利的，尤其是在无人看守的失控条件下，容易造成气体的突然积累（包括可燃气体），从而引发爆炸和燃烧等安全问题。全面了解不同条件下的电池产气机制极为重要，有利于实现对电极和电解液之间复杂反应过程的直观认知，为优化电池性能提供有效策略。

深圳大学刘剑洪、张黔玲、胡江涛、北京大学深圳研究生院潘锋等总结了有关电池产气机制的最新进展，并突出强调提高电池安全性的气体抑制策略，还提出了未来产气分析和抑制的新方法。预计该综述将促进锂电池在性能、气体抑制和安全方面的进一步发展，特别是在高能量密度系统中。

图1. 不同条件下的产气过程及其对电池性能和安全性的影响

作者首先回顾了正极材料、负极材料和电解液的产气机制，这使大家对普通电池系统的产气情况有了全面和统一的认识。同时总结了防止产气的策略，包括电极材料和电解液之间的缓冲层构建、电极材料的优化和改性、电极元件和电解液的结构设计、测试条件的调整等，为防止气体的产生打开了视野，有望为更有效的气体抑制策略提供参考。但仅仅依靠一两种策略来完全抑制产气是不容易的，因为从电池中观察到的气体可能来自不同的部件，包括正极、负极、电解液、导电碳、残余水等，这是一项巨大的产气抑制工程，电池的每个部分都应该特别注意。

图2. 正极与电解液的界面化学反应

气体检测和分析是解决锂电池中产气问题的基础。然而，最常采用的设备，差示电化学质谱(DEMS)，有很大的局限性，如电解液蒸发引起的气体检测时间有限，由于使用大量的电解液而与实际电池系统有偏差，收集的气体产生结果的准确性等，因此，进一步改进DEMS的测试是必要和重要的。

结合上述回顾和气体检测的不足，这项工作提出未来产气分析和抑制的简短观点如下：

1）具有高精度的长时间气体测试能力，设计和开发多功能原位DEMS设备，该设备应满足以下要求，包括长期持续测试、先进的挥发性电解液冷凝和补充系统、气体检测的高灵敏度、标准和可重复的气体测试协议；

2）气体测试过程的科学设计，建议进行全电池的产气研究，通过研究气体类别和含量来跟进分析串扰反应；

图3. 源于固态电解质的产气

3）全方位气体测试的相关性讨论，应在正常工况和热失控情况（高温、过充、短路等）下对产气进行系统研究，这有利于建立两种产气机理之间的关联；

4）联合检测的先进技术，需要在开发精确的检测技术方面付出更多努力；

5）多种产气抑制方法，电池中产生的气体源很多，因此在电池组装前应对所有可能产生气体的组件进行修改和优化；

6）对产气的深入研究，正常情况和热失控情况下的产气机理分析和抑制方法可以抑制复杂的电池安全问题，同时提高电化学性能。

图4. 未来电池产气分析的方向

Revealing Lithium Battery Gas Generation for Safer Practical Applications. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202208586

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