Анализ газов, выделяемых всеми твердотельными литий-ионными аккумуляторами, использующими твердые электролиты на основе сульфидов

Введение

Понимание газов, образующихся внутри перезаряжаемой батареи во время ее использования, рассматривается с точки зрения поддержания производительности и контроля качества. Используя экспериментальную батарею, из которой можно извлечь внутренне образующиеся газы, можно определить виды образующихся газов и оценить изменения в количестве образующегося газа, хотя это отличается от фактической рабочей среды батареи, которая представляет собой замкнутое пространство. В этой статье мы сосредоточимся на газах, образующихся во время зарядки и разрядки полностью твердотельных батарей, и представим пример анализа с использованием масс-спектрометра.

Способ доставки

Экспериментальная ячейка, способная подавать газ и извлекать образующийся газ, была подключена к масс-спектрометру для измерения газов, образующихся после и во время зарядки и разрядки. Ниже показано изображение соединения экспериментальной ячейки и масс-спектрометра. Виды газа были идентифицированы с помощью высокопроизводительного газового хроматографа масс-спектрометра JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha, а изменения объема газа были измерены с помощью газового хроматографа масс-спектрометра JMS-Q1600GC UltraQuad™ SQ-Zeta.

Определение видов газа, образующихся внутри элемента после зарядки и разрядки, с помощью JMS-T2000GC

Газы, образующиеся в ячейке, измерялись с высоким разрешением по массе, а извлеченные масс-спектры основных пиков подвергались расчетам состава с использованием точных масс, как показано ниже. Различные сульфиды (H₂С, Ч.₄С, С₂H₆S), которые, как полагают, происходят из твердого электролита, а также йодметан (CH₃I) и другие были обнаружены в газе после зарядки и разрядки. Кроме того, сероводород (H₂Среди компонентов был обнаружен S), что указывает на увеличение количества сероводорода, образующегося после выброса.

Изменения газов, образующихся внутри элемента во время зарядки и разрядки с использованием JMS-Q1600GC

Результаты измерения в реальном времени газов, образующихся внутри ячейки во время зарядки и разрядки, показаны ниже. График показывает изменения количества сероводорода и йодида метана, образующихся внутри ячейки. Для сероводорода наблюдается большое снижение сразу после начала зарядки, за которым следует постепенное снижение и затем увеличение, когда ячейка переключается на разрядку. Для йодметана количество йода резко увеличивается сразу после начала зарядки, затем постепенно увеличивается, а затем уменьшается, когда ячейка переключается на разрядку, показывая противоположное поведение сероводороду.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить профессора Ацунори Мацуда и г-жу Рейко Мацуда с кафедры электротехники и электронной информационной инженерии Технологического университета Тоёхаси за предоставление образцов для подготовки данного руководства MSTips.

Решения по областям применения

Окружающая среда

Сопутствующие продукты

Газовые хроматографы с масс-спектрометром (GC-MS)