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鋰電池產生的氣體對其電化學性能是不利的，尤其是在無人看守的失控條件下，容易造成氣體的突然積累（包括可燃氣體），從而引發(fā)爆炸和燃燒等安全問題。全面了解不同條件下的電池產氣機制極為重要，有利于實現(xiàn)對電極和電解液之間復雜反應過程的直觀認知，為優(yōu)化電池性能提供有效策略。

深圳大學劉劍洪、張黔玲、胡江濤、北京大學深圳研究生院潘鋒等總結了有關電池產氣機制的最新進展，并突出強調提高電池安全性的氣體抑制策略，還提出了未來產氣分析和抑制的新方法。預計該綜述將促進鋰電池在性能、氣體抑制和安全方面的進一步發(fā)展，特別是在高能量密度系統(tǒng)中。

圖1. 不同條件下的產氣過程及其對電池性能和安全性的影響

作者首先回顧了正極材料、負極材料和電解液的產氣機制，這使大家對普通電池系統(tǒng)的產氣情況有了全面和統(tǒng)一的認識。同時總結了防止產氣的策略，包括電極材料和電解液之間的緩沖層構建、電極材料的優(yōu)化和改性、電極元件和電解液的結構設計、測試條件的調整等，為防止氣體的產生打開了視野，有望為更有效的氣體抑制策略提供參考。但僅僅依靠一兩種策略來完全抑制產氣是不容易的，因為從電池中觀察到的氣體可能來自不同的部件，包括正極、負極、電解液、導電碳、殘余水等，這是一項巨大的產氣抑制工程，電池的每個部分都應該特別注意。

圖2. 正極與電解液的界面化學反應

氣體檢測和分析是解決鋰電池中產氣問題的基礎。然而，最常采用的設備，差示電化學質譜(DEMS)，有很大的局限性，如電解液蒸發(fā)引起的氣體檢測時間有限，由于使用大量的電解液而與實際電池系統(tǒng)有偏差，收集的氣體產生結果的準確性等，因此，進一步改進DEMS的測試是必要和重要的。

結合上述回顧和氣體檢測的不足，這項工作提出未來產氣分析和抑制的簡短觀點如下：

1）具有高精度的長時間氣體測試能力，設計和開發(fā)多功能原位DEMS設備，該設備應滿足以下要求，包括長期持續(xù)測試、先進的揮發(fā)性電解液冷凝和補充系統(tǒng)、氣體檢測的高靈敏度、標準和可重復的氣體測試協(xié)議；

2）氣體測試過程的科學設計，建議進行全電池的產氣研究，通過研究氣體類別和含量來跟進分析串擾反應；

圖3. 源于固態(tài)電解質的產氣

3）全方位氣體測試的相關性討論，應在正常工況和熱失控情況（高溫、過充、短路等）下對產氣進行系統(tǒng)研究，這有利于建立兩種產氣機理之間的關聯(lián)；

4）聯(lián)合檢測的先進技術，需要在開發(fā)精確的檢測技術方面付出更多努力；

5）多種產氣抑制方法，電池中產生的氣體源很多，因此在電池組裝前應對所有可能產生氣體的組件進行修改和優(yōu)化；

6）對產氣的深入研究，正常情況和熱失控情況下的產氣機理分析和抑制方法可以抑制復雜的電池安全問題，同時提高電化學性能。

圖4. 未來電池產氣分析的方向

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

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