電池熱失控過程中會產(chǎn)生哪些氣體？

　　電池熱失控過程中會產(chǎn)生多種氣體，其成分復雜且具有危險性，分析這些氣體需要采用多種技術(shù)手段，以下為具體說明：
 

　　一、電池熱失控過程中產(chǎn)生的氣體
 

　　易燃易爆氣體
 

　　氫氣(H?)：主要由粘結(jié)劑(如PVDF、CMC)在負極發(fā)生還原分解反應(yīng)產(chǎn)生，是熱失控中常見的可燃氣體之一，爆炸極限范圍寬(4%-75%)，存在較大安全隱患。
 

　　一氧化碳(CO)：在熱失控初期含量較高，由電解液分解、電極反應(yīng)等過程產(chǎn)生，能與人體血紅蛋白結(jié)合，造成缺氧窒息，屬于有毒氣體。
 

　　甲烷(CH?)、乙烯(C?H?)、乙烷(C?H?)、丙烯(C?H?)等烴類氣體：這些氣體具有可燃性，其產(chǎn)生與電解液分解、SEI膜分解以及電極材料的反應(yīng)有關(guān)。
 

　　毒性氣體
 

　　氟化氫(HF)：鋰離子電池電解質(zhì)中廣泛使用LiPF?和PVDF黏結(jié)劑，熱失控時LiPF?和溶劑在高溫下分解會產(chǎn)生HF，HF具有強烈的腐蝕性，進入人體內(nèi)會破壞生理平衡。
 

　　五氟化磷(POF?)：也是電解液分解的產(chǎn)物之一，具有毒性，對環(huán)境和人體健康有危害。
 

　　其他氣體
 

　　二氧化碳(CO?)：在熱失控過程中大量產(chǎn)生，一方面來自電解液中LiPF?和溶劑在高溫下分解，另一方面正極分解釋放的O?與空氣中的O?會與電解液發(fā)生反應(yīng)生成CO?，此外，少量CO?在滿電態(tài)的負極表面發(fā)生還原也會生成CO。
 

　　氧氣(O?)：正極材料在熱失控過程中會發(fā)生分解，釋放出O?，O?會加劇燃燒反應(yīng)，使熱失控過程更加劇烈。
 

　　二、電池熱失控產(chǎn)氣分析方法
 

　　氣體采樣與分析技術(shù)
 

　　氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)：高靈敏度分析技術(shù)，可檢測和定量復雜氣體混合物中的多種成分。將熱失控產(chǎn)生的氣體樣品收集后，使用GC-MS進行分析，能得到詳細的氣體成分和濃度信息。
 

　　傅里葉變換紅外光譜(FTIR)：非接觸式測量技術(shù)，通過分析電池熱失控過程中釋放的氣體紅外光譜特征，可識別和量化不同的氣體成分，具有較高的測量精度。
 

　　拉曼光譜技術(shù)：可采用單一頻率對混合氣體進行非接觸、無損的原位檢測，能實時測量電池熱失控過程中釋放的特征氣體的組分及體積分數(shù)變化。
 

　　原位在線監(jiān)測技術(shù)
 

　　氣體原位在線分析：在電池發(fā)生熱失控的同時，對氣體進行測量分析，能夠?qū)崟r反映電池熱失控時內(nèi)部的化學反應(yīng)狀態(tài)，更準確地掌握電池熱失控各個階段的化學反應(yīng)過程。例如，將GC/MS與熱重分析聯(lián)用，通過原位分析，模擬電池電解質(zhì)熱失控反應(yīng)產(chǎn)生的氣體成分，研究電池熱失控各階段的化學反應(yīng)機理。
 

　　傳感器監(jiān)測法：利用特定的氣體傳感器來檢測電池熱失控過程中釋放的特定氣體，如電化學傳感器、紅外傳感器、半導體傳感器等。通過將傳感器安裝在電池模組的合適位置，可以實時監(jiān)測氣體的濃度變化，實現(xiàn)對儲能鋰電池極早期火災(zāi)的報警預測。
 

　　氣體產(chǎn)氣量計算方法
 

　　基于理想氣體狀態(tài)方程：在密閉空間內(nèi)進行熱失控測試，產(chǎn)氣量可基于理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT計算，通過測量反應(yīng)前后的氣體溫度、壓力、體積等參數(shù)，計算熱失控產(chǎn)生的氣體量。但熱失控過程中氣體會存在較大的溫度梯度，導致計算的產(chǎn)氣量結(jié)果存在偏差。
 

　　基于氮氣濃度變化計算：測量熱失控前后氮氣(N?)濃度變化來計算熱失控的產(chǎn)氣量。N?在空氣中含量穩(wěn)定且通常被認為是惰性氣體，在鋰離子電池熱失控中不會發(fā)生反應(yīng)，通過對比熱失控前后N?的濃度變化，可得到鋰離子電池熱失控產(chǎn)生氣體的數(shù)量。