01 前言

2024年，厦门大学彭栋梁教授、谢清水教授团队联合浙江大学陆俊教授团队在Advanced Energy Materials发表题为“Deep Eutectic Solvent-Based Solid Polymer Electrolytes for High-Voltage and High-Safety Lithium Metal Batteries”的研究论文。该工作面向高电压、高安全锂金属电池中“电解质易燃、界面不稳定、离子传输受限”等关键问题，设计了一种基于深共熔溶剂的固态聚合物电解质体系。研究团队将丁二腈基深共熔溶剂原位封装于ETPTA聚合物网络中，构筑出兼具高离子电导率、良好锂金属界面稳定性与优异阻燃特性的DES-ETPTA固态聚合物电解质；进一步通过氰基丙烯酸酯共聚修饰，提高其在高电压钴酸锂体系中的抗氧化稳定性（图1）。

图1. 原位聚合构筑稳定电极/电解质界面，实现高电压锂金属电池长效循环

值得关注的是，在电池安全性验证环节，研究团队采用IEST元能科技原位产气体积监控仪GVM2200，对高温条件下软包电池的体积变化进行原位、连续、定量监测，为评价固态聚合物电解质抑制热诱导产气与鼓胀行为提供了关键证据。

02 研究背景：高安全固态电池为什么需要“原位产气体积监控”？

锂金属负极具有高理论比容量和低电位优势，是下一代高能量密度电池的重要发展方向。然而，传统液态电解液通常存在易燃、易泄漏、热稳定性不足等问题，在高温、过充或长循环条件下容易发生电解液分解、气体释放、软包鼓胀甚至安全失效。

相比之下，固态聚合物电解质有望通过替代易燃液态电解液，提升锂金属电池的本征安全性。但在实际研究中，仅依赖常规电化学曲线、燃烧实验或拆解后表征，往往难以实时捕捉电池在受热过程中的气体释放行为。

因此，如何在电池运行或热滥用条件下，实时、连续、定量地监测电芯体积变化，成为评价电解质热稳定性与安全性的关键表征手段。电池在高温、过充、存储或长循环过程中，电解液分解、界面副反应和电极材料失稳往往会引发气体释放，导致软包鼓胀、内压升高甚至安全风险。传统观察方式只能判断电池是否鼓胀，难以准确获得产气起始时间、产气速率和体积变化过程。

03 元能科技GVM2200的关键作用：把“鼓不鼓”变成“可量化的体积变化曲线”

在电池安全性验证中，研究团队组装了基于传统液态电解液和DES-ETPTA固态聚合物电解质的软包电池，并在高温条件下进行热稳定性测试。传统观察方式只能通过肉眼判断软包是否鼓胀（图2a-d），但难以回答以下问题：电池从什么时候开始产气？产气过程是缓慢累积还是快速释放？不同电解质体系之间的体积变化差异有多大？高温下电池安全性改善是否可以被定量证明？

针对这些问题，研究团队采用元能科技GVM2200原位产气体积监控仪，在受控高温环境中对软包电池体积变化进行实时监测。测试结果显示（图2e）：传统液态电解液电池在高温保持过程中体积逐渐增加，说明其发生了明显气体释放与鼓胀行为；而DES-ETPTA固态聚合物电解质电池体积几乎保持不变，表明该电解质能够有效抑制热诱导分解产气。

这一结果不仅直观证明了DES-ETPTA固态聚合物电解质的热稳定性，也体现了GVM2200在电池安全性研究中的重要价值：它能够将传统“观察鼓胀现象”的定性判断，转化为“体积—时间曲线”的定量证据。

图2. 不同电解质体系软包电池高温鼓胀与体积变化对比

04 GVM2200设备应用价值

GVM2200原位产气体积监控仪（图3）基于阿基米德浮力法，通过高精度传感器实时监测电芯在测试过程中的体积变化，可用于揭示材料、电解液、电极界面及整电芯在不同工况下的产气行为。

图3. 原位产气体积监控仪GVM2200实物图

GVM2200可广泛应用于电池材料、电解液体系及整电芯安全性研究，包括：

· 高温存储过程中的电芯鼓胀与产气分析；

· 过充条件下的电解液分解与气体释放监测；

· 不同电解液、添加剂和固态电解质体系的安全性对比；

· 硅基负极、高镍正极、锂金属电池和固态电池等新体系的产气行为研究；

· 材料开发到软包电芯验证过程中的原位体积变化评价。

05 小结

本研究通过深共熔溶剂基固态聚合物电解质设计，实现了高安全、高电压锂金属电池性能提升。元能科技GVM2200帮助研究团队原位、连续、定量地揭示了不同电解质体系在高温条件下的产气差异。从“肉眼观察鼓胀”到“原位定量监测体积变化”，GVM2200为高安全电池材料研发、产气机理分析和电芯安全评价提供了有力工具。