硫化物全固態(tài)電池H2S微量監(jiān)測
固態(tài)電池中的硫化物在遇到水時會生成硫化氫。例如,固態(tài)電池中的鋰硅磷硫晶體材料或鋰磷硫型玻璃陶瓷材料與水反應后,會放出硫化氫?。這些反應不僅會導致電池性能下降,還會產(chǎn)生有毒氣體,對人體健康和環(huán)境安全構成威脅?......

隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向復蘇,新技術的應用有望進一步增強行業(yè)的增長趨勢。全固態(tài)電池作為一項被產(chǎn)業(yè)和政策選中的新技術方向,其能量密度更高、安全性更好,吸引了業(yè)界的高度關注和大量投資。固態(tài)電池具有高能量密度和高安全性的顯著優(yōu)勢,成為下一代高性能鋰電池。從性能對比來看,理論上,固態(tài)電池在離子電導率、能量密度、耐高壓、耐高溫、循環(huán)壽命等各項指標均優(yōu)于液態(tài)電池,兼顧了傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池無法兼顧的高能量密度和高安全特性,成為電動汽車的理想電池。
根據(jù)不同的電解質(zhì)類型,固態(tài)電池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三種技術路線:
與氧化物、聚合物等電解質(zhì)相比,硫化物電解質(zhì)具有較高的鋰離子電導率(室溫離子電導率10-3~10-2 S/cm),其離子電導率最接近液態(tài)電解質(zhì);
同時由于硫化物材料質(zhì)地柔軟,易于機械加工,適合批量制備成高致密度的電解質(zhì)膜,而且在制備電極時,能夠與活性材料保持良好的接觸,因此被選為固態(tài)電池電解質(zhì)材料的潛力最大。

目前包括Solid Power、豐田、松下電池、三星 SDI等海外企業(yè),均選擇硫化物路線研發(fā)全固態(tài);國內(nèi)來看,包括寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、蜂巢能源、廣汽等企業(yè)也錨定了硫化物路線。
H2S有毒氣體安全隱患
與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相比,硫化物固態(tài)電解質(zhì)可以在室溫下提供足夠高的離子電導率,從而提高電池的整體性能。然而,在制備工藝層面,硫化物固態(tài)電池的工藝比較復雜,且硫化物容易與空氣中的水、氧氣極易發(fā)生反應,產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體,所以要對其進行監(jiān)測管理。
為何要檢測微量(ppm)級別的硫化氫泄漏?
1.硫化物固態(tài)電池——品控
質(zhì)量保證在任何行業(yè)中都是至關重要的,硫化物全固態(tài)電池在制備工藝層面,電解質(zhì)容易被氧化/水解產(chǎn)生有毒的H2S等氣體,氣密性是電池性能和壽命關鍵,微小的氣體泄漏表明工藝出現(xiàn)紕漏,進一步影響固態(tài)電池的性能,嚴重時甚至會引發(fā)安全事故。

因此在硫化物固態(tài)電池制備工藝,現(xiàn)場安裝硫化氫氣體檢測儀很重要,利用高精度的硫化氫傳感器對電池內(nèi)部或外部的微小泄漏氣體進行精確測量,智能檢測泄漏的低濃度H2S氣體,保障制備工藝的高質(zhì)量運行和可重復性。
2.H2S微量泄漏——安全
在硫化物固態(tài)電池的生產(chǎn)過程中,電解質(zhì)硫化物容易與空氣中的水、氧氣極易發(fā)生反應,產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體,而硫化氫的管理濃度是極低的1ppm。
微量的硫化氫泄漏就容易造成環(huán)境污染和人員中毒事件:
環(huán)境污染和人員傷害風險:在硫化物固態(tài)電池的生產(chǎn)過程中,可能會使用到易燃、易爆、易揮發(fā)的有機溶劑,以及有毒的硫化氫氣體。這些物質(zhì)的泄露容易造成環(huán)境污染和人員傷亡,提高工況的危險性。
潛在的安全問題:硫化物全固態(tài)電池的安全性在很大程度上取決于正極材料和固態(tài)電解質(zhì)之間的熱化學反應。潛在的安全問題包括正極釋氧及其引起的氧化還原放熱反應、負極鋰枝晶生長導致的內(nèi)短路,以及固態(tài)電解質(zhì)被氧化/水解產(chǎn)生有毒、可爆燃的SO2、H2S等氣體。通過硫化氫傳感器對硫化氫進行準確、及時的檢測,能夠在危險情況發(fā)生時及時采取措施。
硫化氫氣體H2S微量監(jiān)測
對于硫化物固體電解質(zhì),與水反應時存在產(chǎn)生有毒硫化氫氣體的風險,這也是硫化物類型的全固態(tài)電池的一個危害,在使用中如果發(fā)生了安全事故,導致硫化氫氣體的產(chǎn)生,將帶來更大的危害。
因此,必須采取嚴格的氣體安全檢測措施,以防止危險氣體泄漏造成安全風險,是目前固態(tài)電池生產(chǎn)企業(yè)必須要做的一項重要措施!
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