锂电--为什么锂离子电池在使用过程中会产气？产生了哪些气体？

锂离子电池在使用过程中会产气，产气会影响电池的性能与安全。那么产气的原因是什么？产生了哪些气体呢?

一.锂离子电池产气的原因如下：

在正常使用过程中:

1.电解液的氧化还原分解

伴随着正负极片电压的变化，电解液倾向于在高度脱锂的正极/完全锂化的负极表面被氧化/还原，导致气体产生。这是由于Li离子的脱嵌与嵌入，负极处费米能级高于电解质溶液的LUMO能级，电解质溶液将接受来自负极处电子，引发还原反应。同样，正极处费米能级低于电解质溶液的最高已占据分子轨道(HOMO)能级，则电解质溶液会失去电子，触发氧化反应，而被氧化。具体关于LUMO与HOMO的介绍请看文章。（锂电-锂离子电池中为什么会生成SEI膜？SEI膜生成的具体步骤是什么？SEI膜是什么样的结构？）

２.正极材料处的残留物杂质

在材料制备和储存过程中,会在正极表面形成的杂质(Li2CO3等). 电池在循环使用过程中, 这些杂质会分解反应产生气体.

3.干燥不足导致的残留H2O与副反应生成的H2O

H2O一方面会产生H2, 一方面H2O与其反应生成的OH-会促进EC的水解产生其他气体.

4.串扰反应

来自一个电极的产物（如气体、分解产物等）可以在另一个电极吸收或消耗，从而产生更多的物质。原则上，产生的气体产物和氧化物质可以散落在正极表面或溶解在电解质中，然而，它们也可以到达负极并在那里被还原。例如H2的产生: 电解液氧化物（R-H+），它从正极扩散到负极被还原，以增加H2。

在高温使用过程中, 除上述4点外, 还包括:

5.SEI膜的分解

在首次化成中形成的SEI膜，在高温条件下, SEI会分解产生气体.

6.正极材料释放活性氧

脱锂态的正极材料在受到高温作用时，其晶体结构会发生一系列的改变，在该过程中会放热与释放一部分的高活性氧，而活性氧会氧化电解液产生大量的气体.

二.锂离子电池会产生的气体种类:

从气体产生的位置来划分, 包括正极侧与负极侧:

1.正极侧

2.负极侧

三.锂离子电池常用电解液会产生的气体

1.EC

2.PC

3.DMC

4.DEC

5.EMC

以上内容为电池人阅读文献后的总结，为此感谢前辈们的研究，为我们后来者的学习提供了便利！

“我相信科学技术的难关都将被一步步攻克，因为我们站在巨人的肩膀上，也奋力在成为巨人。”

参考资料：

[1]Liu, Pei;Yang, Luyi;Xiao, Biwei;Wang, Hongbin;Li, Liewu;Ye, Shenghua;Li, Yongliang;Ren, Xiangzhong;Ouyang, Xiaoping;Hu, Jiangtao;Pan, Feng;Zhang, Qianling;Liu, Jianhong.Revealing Lithium Battery Gas Generation for Safer Practical Applications.[J].Advanced Functional Materials,2022

[2]马国强博士的报告