电池鼓胀气体

在评估锂离子充电电池的降解时，有必要分析电池内部产生的气体。通过将内部气体输送至气相色谱仪，可以研究气体样品的成分。岛津Tracera高灵敏度气相色谱仪采用颠覆性的等离子体技术可检测除氦和氖以外的所有化合物。该系统能够同时分析从C1到C3的碳氢化合物和无机气体（包括氢气），无需切换载气或组合使用多个系统。此外，Tracera的高灵敏度使得分析少量气体样品成为可能。

锂离子充电电池中的电解液由有机溶剂（主要由碳酸盐系列组成）、电解质和添加剂组成。GC-MS系统可有效分析电池充放电产生的电解液变性成分。

本文利用GCMS-FTIR联用技术对锂离子电池中产生的鼓包气体进行检测，获得鼓包气体的主要成分。结合GCMS、FTIR测试数据实现锂离子电池鼓包气体成分定性相互验证、相互补充，获得待测锂离子电池鼓包气体完整、精确的分析结果。

锂离子电池在循环使用或储存中，可能因为电解液组分发生成膜及氧化反应、电池过充过放、内部微短路等原因导致 SEI 膜分解破坏从而产生气体，也可能因电解液中的高含量水分发生电解反应等原因导致电池产气鼓胀，从而带来极大的安全隐患。常见产气成分有 H2、CO、CO2 等永久性气体以及 CH4、C2H4、C2H6 等烷烃类气体。

摘要：氢能作为推动由传统化石能源向绿色能源转变的清洁能源，其能量密度是石油的 3 倍、煤炭的 4.5 倍，被视为未来能源革命的颠覆性技术方向。而氢燃料电池是实现氢能转换为电能利用的关键载体，在碳中和、碳达峰目标提出后，世界各国高度重视氢燃料电池技术，以支撑实现低碳、清洁发展模式。这也对氢能及氢燃料电池产业链的相关材料、工艺技术和表征手段等方面提出了更高要求。气体吸附技术是材料表面物性表征的重要方法之一，使用国仪量子自主研发的 V-sorb X800 系列静态容量法比表面及孔径分析仪，基于物理吸附分析能够得到材料的比表面积、孔容及孔径分布等参数；此外，国仪量子自主研发的 H-SorbX600PCT 高压储氢吸附仪可以对材料的储氢能力进行表征，进而能对材料的催化、吸附和储氢等性能做一个基础评估，在以氢燃料电池为主的氢能利用中发挥着至关重要的作用。

1 前言镍钴锰酸锂是锂离子电池的关键材料之一，随着电动汽车的迅猛增长，锂电池的需求量也逐渐升高。而对于各电池厂家来说，材料表面的总残留碱含量是来料检验的重要指标之一。正极材料表面的残留碱含量过高会带来诸多的负面影响。其中最为直接的是，过高的残留碱含量会影响涂布，在匀浆的过程中很容易形成果冻状，这主要是由于正极材料表面的残留碱太高吸水所致。此外，表面的Li2CO3在高压下会分解产生气体，这也是电池胀气的主要原因，从而带来安全隐患。所以准确测量总碱量对于筛选来料以及制定生产工艺具有重要的指导意义。本文采用电位滴定仪测定镍钴锰酸锂中的总碱量，操作简单，结果准确。

锂离子电池具有能量密度高、循环时间长的特点，但锂离子电池也存在安全隐患。在电池热失控气体测试实验中，快速准确定性、定量逸出气体种类和含量尤其重要。9100FIR、AtmosFIR便携式傅里叶红外气体分析仪可定性定量气体种类包括CO2、CO、HCL、HF、HCN、C2H4、CH4、C2H6、C3H6、C7H8、C8H8、C8H10、C2H2、C6H14、C6H12等不少于55种气体。全程高温加热高温采样、高温粉尘过滤、高温分析，避免吸附性强、溶解性强、大分子量有机化合物冷凝造成的过程损失，实现锂电池逸出气体测量的“真、准、全”。

针对质子交换膜燃料电池中气体扩散层材料厚度方向导热系数测试，介绍了气体扩散层在压缩等条件下进行测试的几种有效测试方法，并分析了稳态法和瞬态法的特点、局限性和应用中存在的问题。并针对瞬态法开展了深入研究，提出了一种更实用的新型测试模型结构。

在本报告中，使用ELSD和PDA检测来分析抗胀气中所含的一些成分。硬脂酸被用作片剂的润滑剂，ursodeoxycholic acid 对改善消化和吸收有效，阿片醇被用作消毒剂，黄连素具有抗菌、抗炎和保护胃粘膜的作用。关键词：抗凝剂，C18柱，PDA检测器，ELSD，黄连素，阿片醇，ursodeoxycholic acid，硬脂酸

与用于日常手机和电动汽车的传统锂离子电池相比，固态电池(SSBs)具有重要的潜在优势。在这些潜在优势中，有更高的能量密度和更快的充电速度。由于没有易燃有机溶剂，固体电解质分离器还可以提供更长的寿命、更宽的工作温度和更高的安全性。SSBs的一个关键方面是其微观结构对质量传输驱动的尺寸变化(应变)的应力响应。在液体电解质电池中，正极颗粒中也存在成分应变，但在SSBs中，这些应变导致膨胀或收缩的电极颗粒与固体电解质之间的接触力学问题。在阳极侧，锂金属的电镀在与固体电解质的界面上产生了自己的复杂应力状态。SSBs的一个关键特征是，这种电镀不仅可以发生在电极-电解质界面上，而且可以发生在固体电解质本身、气孔内或沿晶界。这种受限的锂沉积形成了具有高静水压应力的区域，能够在电解质中引发破裂。尽管SSBs中的大多数故障是由机械驱动的，但大多数研究都致力于改善电解质的离子传输和电化学稳定性。为了弥补这一差距，在这篇综述中，美国橡树岭国家实验室Sergiy Kalnaus提出了SSB的力学框架，并审查了该领域的前端研究，重点是压力产生、预防和缓解的机制。相关论文以“Solid-state batteries: The critical role of mechanics"为题，发表在Science。图片具有高电化学稳定性的固体电解质与锂金属和离子电导率高于任何液体电解质的硫化物固体电解质的发现，促使研究界转向SSBs。尽管这些发现已经播下了SSBs可以实现快速充电和能量密度加倍的愿景，但只有充分了解电池材料的机械行为并且将多尺度力学集成到SSBs的开发中，才能实现这一承诺。图片固态电池的前景开发下一代固态电池(SSBs)需要我们思考和设计材料挑战解决方案的方式发生范式转变，包括概念化电池及其接口运行的方式(图1)。采用锂金属阳极和层状氧化物或转化阴极的固态锂金属电池有可能使当今的使用液体电解质的锂离子电池的比能量几乎增加一倍。然而，存储和释放这种能量会伴随着电极的尺寸变化：阴极的晶格拉伸和扭曲以及阳极的金属锂沉积。液体电解质可以立即适应电极的体积变化，而不会在电解质中积聚应力或失去与阴极颗粒的接触。然而，当改用SSBs时，这些成分应变、它们引起的应力以及如何缓解这些应力对于电池性能至关重要。SSBs中的大多数故障首先是机械故障。SSBs的成功设计将与材料如何有效地管理这些电池中的应力和应变的演变密切相关。要在SSBs中实现高能量，最重要的是使用锂金属阳极。从以往来看，锂金属阳极一直被认为是不安全的，因为锂沉积物有可能生长，锂沉积物会穿透电池，导致短路和随后的热失控。解决锂生长问题最有希望的解决方案是使用固态电解质(SSE)代替液体电解质，因为它具有机械抑制锂枝晶渗透的潜力。然而，原型固态锂金属电池的实际经验表明，即使是强的电解质材料，锂也具有不同寻常的渗透和破裂倾向。解决阴极-电解质界面和锂-电解质界面挑战的关键是清楚地了解涉及电池相关长度尺度、温度和应变率的所有材料的力学原理。图片图 1.锂金属SSBs及其相应的力学和传递现象的示意图【SSBs中运行的压力释放机制】由于锂传输和沉积不可避免地会产生局部应力，因此考虑锂金属和SSE中可能的应力消除机制至关重要。目标是激活非弹性或粘弹性应变以降低应力大小。这种激活机制在不同类别的固体电解质和金属锂中是不同的。固态电解质是否能够管理由氧化还原反应施加的应变引起的应力将取决于在所施加的电流密度(应变率)和工作温度下操作应力消除机制的可用性。当非弹性流无法在特定的长度和时间尺度下激活时，应力通过断裂进行释放。图片图 2.锂金属的长度尺度和速率依赖性力学【陶瓷的塑性变形】SSBs中的主要应力来源包括(i)Li镀入固体电解质中的缺陷，(ii)由于固体电解质约束的阴极颗粒膨胀而产生的应力，以及(iii)外部施加到电池上的应力(典型的应力)。SSBs工程的目标是采用能够在SSBs中可逆变形并限制应力而不产生断裂的电池材料组合。虽然通过扩散流或位错滑移来限制应力累积是金属锂的合适机制，但陶瓷电解质在室温下不会激活滑移系统，而是会断裂。在这种情况下，材料的增韧不是通过位错的产生而是通过移动现有位错来实现的。因此，关键是有意在材料中引入高位错密度，以便有可能在裂纹端周围的小体积中找到足够的位错(图 3)。具有高抗断裂性的非晶固体电解质的一个例子是锂磷氮氧化物(Lipon)。使用这种非晶薄膜固体电解质构建的电池已成功循环超过10,000次，容量保持率为 95%，并且没有锂渗透 (6。此外，已证明电流密度高达10 mA/cm2。对无定形Lipon力学的研究有限，但表明制备成薄膜时材料坚固。Lipon具有一定程度的延展性。这种延性行为在中得到了进一步揭示，表明Lipon可以在剪切中致密和变形以降低应力强度。图片图 3.通过非晶材料中的致密化和剪切流动触发塑性，并通过在结晶陶瓷中引入位错来增韧，从而避免断裂对离子传导非晶材料和玻璃的变形行为和断裂的研究相当有限。然而，在Lipon中，室温下观察到与LPS玻璃类似的部分恢复。根据分子动力学(MD)模拟，有人提出Lipon中的致密化是通过P-O-P键角的变化而发生的。这种结构变化可能是可逆粘弹性应变背后的原因。然而，由于MD方法无法实现时间尺度，模拟致密化恢复是不可行的。在不需要外部能量输入的情况下至少部分恢复致密体积的能力值得进一步研究。在循环负载下，这种部分恢复会产生类似磁滞的循环行为(图 4)。图片图 4. 在循环加载纳米压痕时，Lipon的形变恢复会导致类似滞后的行为【电化学疲劳】尽管已经在应力消除的背景下讨论了断裂，但断裂的起源通常要复杂得多。在传统结构材料中，循环应力和应变会导致损伤累积，最终导致断裂失效。活性电极材料对由主体结构中锂的重复插入和脱除引起的循环电化学负载做出响应，其方式类似于对外部机械力的循环施加的结构响应。对于阴极，由此产生的变化导致在两个不同长度和时间尺度上不可逆的损伤累积，并由不同的机制驱动：(i)多晶阴极颗粒中的晶间断裂，以及(ii)单阴极颗粒中锂化引起的位错动力学和穿晶断裂。电极颗粒的循环电化学应变导致尺寸变化，足以扩展固体电解质和阴极活性材料之间的界面裂纹。固体电解质内可以产生额外的裂纹，作为界面裂纹的延伸或作为新的断裂表面，作为减少SSBs中大而复杂的应力的方法(图 5)。现有的实验证据表明，大多数此类界面破裂发生在第一个循环内，并导致初始容量损失。然而，这种裂纹的演变可能是一个循环过程，让人想起疲劳裂纹的扩展；目前，还没有足够的实验信息来自信地支持或拒绝这一假设。图片图 5.复合固态阴极的疲劳损伤【固体电解质中的锂增长】根据目前对固体电解质失效的理解，裂纹的形成对锂通过陶瓷电解质隔膜的扩展起着重要的作用。大多数锂诱导失效的理论处理都认为锂丝是从金属-电解质界面向电解质主体传播的(模式I降解)。然而，锂的还原和随后的锂沉积很容易发生在电解质内，远离与锂的界面(模式II降解)。最后，可以想象这样一种情况，即锂沿着多晶陶瓷电解质的晶界均匀地沉积，从而穿过电解质而不需要裂纹扩展。当电池内施加高电流密度时，这种情况可能会在泄漏电流非常高的情况下发生(图6)。图片图 6.锂通过固体电解质传播的示意图【小结】最近的研究对应变的起源以及SSBs各组成部分的应力消除机制提供了洞察力。最重要的经验之一或许是，在较小的长度范围内，锂的强度是块状锂的100多倍，因此无法放松在锂电镀过程中在界面上积累的应力。这就需要通过固体电解质释放应力，通常会导致失效。电池因锂离子扩散导致电解质破裂而失效，这是最关键的失效类型，也是最常研究的导致短路的失效类型。与突然短路相比，充放电循环下电池容量的降低虽然不那么明显，但仍具有很大的危害性，这与阴极/固体电解质界面裂纹的形成有关。这两种失效模式都与锂、固体电解质和正极活性材料的长度尺度和额定力学以及它们在不断裂的情况下耗散应变能的能力直接相关。尽管在了解这些关键材料的应力释放方面取得了很大进展，但我们的认识仍然存在很大差距。该研究对SSBs力学进行了综述，并为构思和设计机械稳健的SSBs搭建了一个总体框架，即：(i)识别和理解局部应变的来源；(ii)理解应变产生的应力，尤其是电池界面上的应力，以及电池材料如何应对应变。

本应用简报介绍了使用安捷伦微型气相色谱仪在燃料电池研发和β 测试中进行气体成分分析。该系统具有三个独立控制的色谱柱通道，测试燃料电池期间可在燃料气体管路的多个位置提供灵活的样品分析设置。由于分析时间较短，可以快速获得丰富的趋势分析数据。这对于快速准确地进行诊断和质量控制测试十分重要。此外，微型气相色谱仪便于携带，可轻松移动至不同测试工作站。

太阳能电池板销量猛增，这有助于减少发电厂的二氧化碳排放。随着时间的推移，太阳能电池板可能会产生故障，这些故障如果及时检测，则可以轻松修复，但如果置之不理，就会造成发电能力严重下降，在某些情况下甚至会引发火灾。这就是为什么越来越多的太阳能电池板安装厂商与提供常规热成像检查服务的富有经验的热像师开展合作，以保证太阳能系统的安全和有效部署。

氢能作为推动由传统化石能源向绿色能源转变的清洁能源，其能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍，被视为未来能源革命的颠覆性技术方向。而氢燃料电池是实现氢能转换为电能利用的关键载体，在碳中和、碳达峰目标提出后，世界各国高度重视氢燃料电池技术，以支撑实现低碳、清洁发展模式。这也对氢能及氢燃料电池产业链的相关材料、工艺技术和表征手段等方面提出了更高要求。

为加快推进新能源产业的发展，在新能源产业的各子行业中，新能源汽车将是未来的发展重点，而新能源汽车电池和充电桩将得到空前的发展。我司研发的新能源电池试验箱主要用于各类大型电池的环境温度测试，如：可进行长时间连续测试新能源电动汽车中的锂电池在高温、低温、湿热、温度交变循环等各种温度环境下的状态，检测锂电池在各种温度下是否会出现故障，爆炸等情况。

Aston™ 质谱分析仪通过在故障前, 提前更换或使干泵离线, 可以减轻灾难性的真空损失, 从而提高生产线产量.数据驱动干泵故障预测. 通过测量进入 (进气) 和排出 (排气) 干泵的气体的分子类型和合格性 (分压), 可以模拟破坏性腐蚀或沉积物堆积. 仅气体压力和体积仅部分指示气流的腐蚀性或堵塞性. 至关重要的是流经干泵的气体成分. Aston™ 质谱分析仪通过对干泵暴露在气体浓度下的情况进行建模, 并将模型与实际泵故障相关联, 可以以高置信度预测干泵的预期运行寿命.

毛刺是电池电极片边缘可能出现的缺陷，例如在制造过程中的分切环节。它们可能会因诸如短路等故障导致电池性能下降，并引发安全和可靠性问题。毛刺检测是电池生产质量控制的重要部分，对于生产具有可靠性能和寿命的电池至关重要。通过适当照明的光学显微镜可以在生产过程的关键步骤中快速可靠地对电极上的毛刺进行视觉检测。

钴基热电化合物Ca3Co2O6（CCO）是一种性能优良的中温固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料。进行了系统评价。采用膨胀计（Linseis L75H ,Germany）测量了TEC。通过对电解液的热膨胀系数（TEC）、热应力（σ ）和界面剪切应力（τ ）的测定，表明CCO与几种常用的IT电解液匹配良好。在800℃时，最大功率密度为1.47W cm-2，并检测到11.7mV的附加热电电压。其优异的电化学性能、热电效应以及与电解液相当的热机械性能，使其成为一种很有前途的SOFC阴极材料。

锂电池的生产分为几个环节，上游为原材料的开采、加工和冶炼环节；锂电池中游涵盖了正极材料、负极材料、电解液以及隔膜的生产；下游主要涉及电芯制造和Pack封装。PerkinElmer推出锂电池检测总体解决方案从源头到下游保障锂电池质量安全

在 UL 9540A 标准的推行下，电池热失控产气测试成为相关行业的焦点。电池热失控产气测试的主要研究内容包括产气过程、气体成分分析和气体爆炸性分析。其中产气过程主要关注产气量、产气速率与产气压力。该项测试需要将电池放入电池密封测试罐，并整体放置于绝热腔体内进行测试。对于不同尺寸的电池也可以选用不同容积的测试罐。通过热失控过程中密封罐内压力和温度的数据，利用理想气体状态方程计算产气量和产气速率等数据。

为了保证整批部件的可靠性，满足整机的要求，在使用条件下，有必要将早期可能出现故障的部件拆除。宏展针对电池的可靠性试验和滥用测试提供了具有安全特性的试验箱，每一台环境试验箱的设计都考虑了安全性，针对不同危险级别为试验箱针对性的设计了安全性能。

电缆故障检测仪检测野外动力电缆故障步骤

越来越多的太阳能电池组件专业人士开始使用热像仪作为太阳能电池板的检查工具。总部位于比利时斯霍滕的Ikaros Solar便是支持热像仪此用途的其中一家公司。 Ikaros Solar 技术工程师Danny Kerremans解释道：“热像仪是检查太阳能电池板是否出现故障，以及查找和识别问题的绝佳工具。我们对几家热像仪供应商进行了比较，最终敲定FLIR。”

锂电池的电极材料与电解液之间会发生一系列副反应，这些副反应往往会产生更为剧烈的热效应，引起电池温度进一步升高，此时的电池就有鼓胀、泄露、着火，甚至爆炸的危险，这种现象被称为“热失控”。因此，对锂电池材料的热特性进行分析就变得极为必要。就目前而言，DSC是评估电池材料热稳定性最为重要的手段之一。

电池针刺试验机的工作原理基于模拟电池内部短路的情况。

蓄电池被业内称之为汽车的“心脏”，会严重影响到全车特性、安全性、续航力等关键指标值，也是反映一台车稳定性、可靠性、耐用性其背后的核心零部件之一。在关乎动力电池的检验中，被测试动力电池包都经过58项规范认证和106项产品标准验证测试，主要包括：过度充电、亏电、短路故障、挤压成型、仿真模拟撞击、环境温度、震动、火烤、密封性、挤压成型等，这种检测目地一方面是提高车辆的可靠性和稳定性，另一方面其实是为了增加其使用期限。

本文利用Labthink兰光HGA-02顶空气体分析仪对出现胀袋问题的某品牌酱腌菜包装袋中的气体成分含量进行测试，并详细介绍了试验过程、测试原理及设备的参数、适用范围等内容，从而为企业初步判断出现胀袋问题的原因提供参考。

海上平台低压系统一般采用IT系统，发生单相接地故障时故障电流很小，不足以激励保护装置动作，使故障设备自动跳闸，因此可以维持设备的运行状态不中断，供电连续性较好。但若故障不能及时排除故障电流和过电压可导致相间短路，造成断电停产并增大发生火灾和人身触电事故的风险。因此有必要安装绝缘监测装置，在发生接地故障时立即报警并定位故障点，从而及时排除故障，保证平台的正常生产和人员安全。

钠电池三元前驱体材料主要以共沉淀法合成，将铁、钴、锰等水溶性盐溶液混合，然后与氨，碱混合，通过控制反应条件形成氢氧化物，前驱体材料中少量的有机物残留严重影响钠离子电池的性能。本文使用总有机碳分析仪TOC-L CPH和SSM-5000A固体样品模块，采用加酸预处理方法测试了钠电池前驱体粉末中总有机碳含量，间接测定了有机物残留量，该方法可以为锂电材料生产工艺监控提供参考。

自2010年以来，潜在的诱导退化被认为是导致模块故障的主要原因之一。利用弗劳恩霍夫CSP开发的新技术，以及弗莱贝格仪器公司的台式工具PIDcon，可以对太阳能电池和微型组件的PID敏感性进行测试，现在已经投入市场。

电动车的核心是电池，电池的关键是正极材料，正极材料性能的基础在前驱体。锂电池三元前驱体材料主要以共沉淀法合成，将镍、钴、锰的硫酸盐配制成可溶性的混合溶液，然后与氨，碱混合，通过控制反应条件形成类球形氢氧化物，前驱体材料中少量的有机物残留严重影响锂离子电池的性能。本文使用总有机碳分析仪TOC-L CPH和SSM-5000A固体样品模块，采用差减法和加酸预处理方法同时测试了锂电池前驱体粉末中总有机碳含量，间接测定了有机物残留量，同时进行了加标回收实验。实验结果表明，两种测试方法结果相吻合，加标回收率在96.0%-105%之间，该方法可以为锂电材料生产工艺监控提供参考。