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鋰電池受制于全球鋰礦資源開采量和生產(chǎn)成本影響，在商用進(jìn)程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，而鈉離子電池憑借安全、成本及低溫優(yōu)勢備受熱捧，鈉離子電池可以兼容現(xiàn)有的鋰電池生產(chǎn)線，因此人們對于鈉離子電池寄予厚望，針對鈉離子電池的技術(shù)研究方興未艾。

然而鈉離子電池在長循環(huán)過程易引發(fā)電解液氧化分解，從而導(dǎo)致電芯產(chǎn)氣問題。探索鈉離子電池產(chǎn)氣機(jī)理及原位產(chǎn)氣量測定，對于鈉離子電池大規(guī)模商用具有重要意義。

1、鈉離子電池技術(shù)研究

鈉離子電池的工作原理與鋰電池相似，都是通過離子在正負(fù)極之間遷移實現(xiàn)充放電的過程。業(yè)內(nèi)對于鈉離子電池產(chǎn)氣研究主要集中正極材料、負(fù)極材料和電解液方面。

當(dāng)前，鈉離子電池的正極材料有“過渡金屬氧化物”、“聚陰離子”和“普魯士藍(lán)/白”3種技術(shù)路線，其中層狀氧化物（屬于過渡金屬氧化物的一種）技術(shù)路線優(yōu)勢在于工藝簡單、比容量高、電壓平臺高、儲鈉效果好。

難點(diǎn)在于層狀氧化物材料循環(huán)穩(wěn)定性不佳、充放電過程體積變化較大，容易電芯產(chǎn)氣。

由于鈉離子電池層狀氧化物殘堿高、穩(wěn)定性欠缺，限制了軟包鈉離子電池的應(yīng)用[1]。也就是說，“層狀氧化物”技術(shù)路線如果在電芯產(chǎn)氣方面實現(xiàn)技術(shù)突破，這對于鈉離子電池大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用有很大的助力。

2、電芯產(chǎn)氣監(jiān)測手段

現(xiàn)有的電芯產(chǎn)氣監(jiān)測手段多采用“阿基米德法”，屬于“間接法”測量方式。

以蘇州某廠商研制的原位體積測量系統(tǒng)為例，該技術(shù)方案通過將樣品浸入到硅油（密度0.95g/cm2）中，然后控制測試溫度，根據(jù)阿基米德原理，將浮力數(shù)據(jù)換算成電芯質(zhì)量，進(jìn)而得到產(chǎn)氣量體積。這種監(jiān)測方案存在人為干預(yù)、操作復(fù)雜、數(shù)據(jù)失真、人工記錄等問題，科研人員難以獲得權(quán)威可信的電池產(chǎn)氣數(shù)據(jù)。

此外，業(yè)內(nèi)還有一種應(yīng)用“理想氣體方程（PV=nRT）”原理進(jìn)行電芯產(chǎn)氣監(jiān)測，該技術(shù)方案較“阿基米德法”更為復(fù)雜。根據(jù)密閉容器內(nèi)的反應(yīng)氣體物質(zhì)量的差值進(jìn)行推導(dǎo)，測試裝置特殊復(fù)雜，且實驗過程具有一定的危險性。

3、GPT超微量氣體測量

武漢電弛新能源有限公司研制的GPT-1000M原位產(chǎn)氣量測定儀，該技術(shù)方案優(yōu)勢在于“大道至簡”，摒棄現(xiàn)有的“間接法”思路，用“直接法”進(jìn)行電池產(chǎn)氣監(jiān)測。直接將待測氣體引入測試單元，其應(yīng)用的超微量氣體測量技術(shù)流量變化分辨率精確1μL的，幫助科研人員直接獲得真實可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。

相較基于采?傳統(tǒng)的阿基?德浮?法、理想?體計算法等?法的儀器，GPT-1000M可直接監(jiān)測?體的微量體積變化，結(jié)果精準(zhǔn)可靠，重復(fù)性?，尾?可直接收集，同時該設(shè)備可串聯(lián)GC-MS、DEMS等多種?體成分檢測?段，為材料研發(fā)和鋰電池電芯產(chǎn)?機(jī)理的分析研究提供了真實可靠的數(shù)據(jù)?持。

（GPT-1000M通過國家計量認(rèn)證）

兼容性是GPT-1000M原位產(chǎn)氣測定儀的一大特色，相較于一般鋰電池產(chǎn)氣測量裝置軟包或硬殼電池（方形/圓柱電池），GPT-1000M能夠兼容監(jiān)測軟包電池、方形電池、硬包電池，“一物多用”的優(yōu)勢，節(jié)省了用戶的檢測成本。

4、結(jié)語

從商用化角度而言，鈉離子電池也能實現(xiàn)5-10分鐘的快充能力。無論是能量密度還是循環(huán)壽命，鈉離子電池顯著好于鉛酸電池，在能量密度、循環(huán)壽命方面并不遜色鋰電池，材料成本比鋰電池低得多。通過GPT-1000M原位產(chǎn)氣量測定儀，探索鈉離子電池電芯產(chǎn)氣機(jī)制規(guī)律，優(yōu)化鈉離子電池材料工藝和電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，對于開發(fā)新一代鈉離子電池產(chǎn)品具有重要促進(jìn)作用。

引用資料

1、《凝膠電解質(zhì)軟包鈉離子電池的研究》工程科技Ⅰ輯；工程科技Ⅱ輯, 黃華文、范珊珊、趙偉、唐偉超、郭盼龍、邱亞明