电池应用方案

电池体系的性能衰减、失效和热失控，常伴随SEI膜形成、电解液分解、正极晶格氧释放、过渡金属析出等副反应，其中绝大多数反应都会产生特征性的挥发性气体产物。传统的气体检测方法无法将气体演化与电池充放电过程的电压、电流变化进行精准关联。荆谱若科技的原位微分电化学质谱系统PM-DEMS，能够实现对各类电池体系在反应过程中逸出气体的原位实时监测，为解析反应机理、评估材料稳定性、预警安全风险提供至关重要的数据。

♦  锂离子电池：作为主流储能体系，其气体演化主要源于高压正极的晶格氧析出与电解液的氧化/还原分解。在高电压（>4.3 V vs. Li⁺/Li）下，富锂锰基或三元正极材料易发生晶格氧损失，释放氧气（O₂，m/z=32），该过程是导致电压衰减和热失控风险的核心。同时，碳酸酯类电解液容易产生CO₂（m/z=44）、CO（m/z=28）、C₂H₄（m/z=27，源于EC还原）、H₂（m/z=2）等气体。通过DEMS实时监测这些特征气体，可将其精准关联不同电位区间发生的分解反应，为开发高电压稳定电解液与耐氧失稳正极材料提供直接实验证据。

♦  锌离子电池：该体系的气体行为主要集中于锌负极界面，其中HER反应是导致库仑效率低下、电池胀气乃至失效的关键副反应。在中性/弱酸性水系电解液中，锌负极腐蚀与析氢（H₂，m/z=2）竞争激烈。此外，锌枝晶的生长、断裂过程也可能引发电解液的局部分解产生微量气体。利用PM-DEMS的高灵敏度与快速响应能力，可以实时监测锌沉积/剥离过程中H₂的生成速率，并将其与负极过电位、电流效率动态关联，直观评估不同电解液配方或界面修饰层对抑制析氢的效果。这为开发长寿命、高安全性的水系锌基储能系统提供了不可或缺的原位分析工具。

♦  金属-空气电池：金属-空气电池的气相行为是其反应机理与循环性能的核心，主要围绕ORR反应和OER反应的可逆性，以及由此引发的副反应。理想的主反应路径是氧气在正极可逆地转化为放电产物（如Li₂O₂、ZnO），但在实际体系中，电解液与碳基正极材料在氧物种存在下的化学/电化学不稳定性，会导致严重的副反应。DEMS能够实时、定量的监测氧气（m/z=32）的消耗与生成，还能同步检测副产物的生成动态，为开发稳定电解液与高效双功能催化剂提供最直接的机理证据。

固态电池：固态电池的界面副反应不仅导致界面阻抗激增和容量衰减，更会伴随产生气体。这些气体直接反映了不同材料组合下界面反应的剧烈程度与具体路径。例如，在高电压下，硫化物固态电解质易被氧化物正极氧化，分解产生腐蚀性气体，破坏界面并导致电池失效。DEMS能够实时、在线捕捉电池内部产生的痕量气体。

♦  电池热失控：电池热失控过程伴随着剧烈的产热与气体的爆发式释放，故实时、在线监测热失控前后气体的演化对于理解触发机制、建立早期预警指标具有不可替代的价值。荆谱若科技推出的QMS能够从前驱气体（如微量H_₂、CO）的缓慢积累，到热失控爆发期大量可燃气体（如烃类、CO）的瞬间释放进行实时监测与定量分析，为电池安全研究提供全视角气体数据。

♦  滴定质谱：滴定质谱是一类将经典的化学滴定原理与现代高灵敏质谱检测相结合的分析技术。它本质上是利用质谱仪作为检测器，来指示滴定终点或直接完成定量的创新方法。主要应用于下面几个场景：电极表面（SEI/CEI）碳酸盐组分分析，阳极表面析锂与死锂分析

荆谱若科技测试案例

• 锂离子电池富锂锰基正极材料充放电产气分析

• 锂离子电池三元正极材料充放电产气分析

• 锂离子电池铁酸锂/石墨材料产气分析

• 锂氧电池产气分析

• 钠离子电池普鲁士蓝正极材料产气分析

• 水系锌离子电池产气分析