我们把特斯拉电芯-化学方面的专利扒了个遍，发现：

大家好！大家都知道：电芯热失控时会排出各种各样的气体，那么，在热失控过程中都有哪些气体种类呢？会不会受周围气氛的影响？随着时间的推移变化大吗？ 这次刘博给大家带来的这篇Sascha Koch的文章：《三元电芯热失控时的气体成分分析》就回答了这些问题。在本作中，作者研究了各种能量密度的三元电芯的热失控后排气行为和成分的统计结果。这些电芯的能量密度在166~275Wh/kg之间，有软包也有方形。 在研究过程中，把100%SOC的电芯置于如图所示的封闭反应釜中。电芯和一个加热板紧贴在一起，加热速度为1K/min，加热到电芯发生突然温度迅速上升时停止加热，等待热失控反应继续进行。在热失控反应结束后，等待反应器内部压力稳定，再通过阀门泄压并取样进行气体色谱分析。 主要可检气体种类是以下几种：CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6以及C3H6。放出的气体采集样品后，进行这些气体成分含量测试，并按照气体状态方程按标准态转换/计算气体物质的量。最后作者并没有把每一种不同的电芯的释放气体进行分别的对比研究，而是取了所有电芯的气体的平均/统计值进行一个普适性的研究。 CO/CO2比值的变化：反应容器的气氛中的残存氧可能影响热失控产气的氧化行为该图就是排气过程中CO和CO2含量的变化趋势。大家可以看见：一开始的时候CO2在产气中占比几乎接近100%，但是随着时间的推移，CO2不断下降，CO含量不断上升，到产气在60~80L的时候，两者比例已经稳定，接近于4：3的关系。 为什么呢？这是因为反应容器中一开始是有残留氧气的，这会导致产生可燃气体比如CO、H2等再次进行燃烧氧化，因此CO会全部转化成CO2。但是反应釜容器中的初始存在的氧气量非常有限，所以随着反应的不断进行，氧会燃烧耗尽，此时电芯热失控反应中产生的CO就会直接全部体现在最终的测得的气体成分中。 另外一个要注意的是：不难看出CO2和CO两个加起来可以占到总气氛的近7成。虽然在之前的《刘博带你读文献（2）- LFP和NCA电芯在不同SOC状态下的安全性以及热失控后的产气研究》中刘博也提过了：不同化学体系的电芯（高镍/低镍，不同电解液）以及不同SOC下热失控，产生的气体成分会有差异（可能这个氢多点那个CO2多点之类的）。但是总的来说，（对于所有不同能量密度的三元电芯来说）CO和CO2是电芯内含碳物质（部分）氧化的产物，一般都是大头（本作的结论）。 七种气体产气量随着时间的变化：比较稳定左图给出了所有电芯热失控时放出各种气体的平均含量＋误差，右图则是气体成分随着时间推移的变化。 大家可以从该图中看出：横轴是产气量/l，为啥是从40l开始记数的呢？因为如上一部分所述：前40l的时候残存氧气实际上是会对测试结果有一些干扰的，得等这部分氧耗尽后测出的结果才比较准确，而且这也与我们的电池包真实的情况比较接近（密闭空间+少量空气存在）。 从右图还可以看出，如果只看电芯自己放出的气体成分，其随时间推移/总产气量的变大，各种主要组分的相对含量是基本保持稳定的：CO2、CO、H2这三个一直都是10%以上， C2H4和CH4则是1%~10%的等级，而C2H6、C3H6就在1%以下。 但是要在这里说一下，实际产气种类一定比这个要多不少：首先在《读文献2》中就说了，其实还有更多种类的碳氢化合物在反应中产生（当然他们分子量大，相对含量一般只会比C2H6, C3H8还要低）。另外一个就是电解液本身在受热后也会气化（见《刘博带你读文献（5）：大电芯的热失控研究&部分热失控现象发生的略玄学属性》），在高温态下是气体但是一但温度降回室温又会变回液体。所以大家只要记住一点：就是实际产生的气体有很多，这里是拣的最主要的分析的，抓大放小抓主要规律来做分析。 另外，这篇文章也大概说了一下这些气体的产生反应机理：CO&CO2：NCM释放O2与电芯内有机物分解产生的含碳氢化合物反应生成H2：PVDF/CMC与石墨中的Li反应其它的CxHy：都是Li与电解液反应得来的 在这块大家也可以回去参考《读文献2》，那篇文章对于气体反应生成机理的介绍会更详细。总体来说，两篇文章的在产气机理方面的主要精神差别不大。但是刘博还是要强调一下：本文并没有区分不同NCM成分-不同能量密度排气成分的差异——只是把他们进行了平均化处理寻找一般化规律。而实际上成分-能量密度这个因素是肯定是会造成产生气体成分的区别的：具体拿到一个523和一个811电芯，肯定要分别研究它们的泄气行为，分析气体成分的差异，不能单纯只拿一个统计性的一般规律简单套用。 其它条件都一样时，电芯产气量基本正比于电芯容量 没什么太多要说的：排气体积基本是正比于电芯容量，弱线性相关。 总结&刘博乱弹 大家可能觉得这次刘博你介绍的文章有点水啊，统计个气体成分好像还是个平均值，也没对比不同能量密度/NCM成分电芯热失控的气氛的差别。那你主要想说啥呢？ 刘博觉得主要有两点： 1. 耗氧效应下，早期反应中CO/CO2产气比率随着时间的推移的变化：反应器中的氧气被CO消耗转化成CO2，所以电池包内的残存氧气，对于CO以及其它易燃烧的排出气体的行为会有很大的影响。而且考虑到电池包本身是一个密闭体系，这个看似简单的规律/发现对我们电池包的保护设计其实很有参考意义。 2. 各主要气体成分的相对含量占比随着时间变化也还是比较稳定的，这在我们更好的理解热失控的过程，应对气体来做应对方案时可以提供参考信息，帮我们更好的做应对措施。所以文章简单没问题，只要能把一个事一个点说清楚，或者让你有收获，那我觉得就是好文章。来源：弗雷刘