研究背景

随着向可再生能源的过渡，SIB 作为锂离子电池(LIB)的经济高效替代品，在大规模储能方面的重要性日益凸显。本综述探讨了 SIB 中产生气体的机制，确定了来自正极材料、负极材料和电解质的气体来源，这些气体会带来膨胀、泄漏和爆炸等安全风险。CO₂、H₂ 和 O₂ 等气体主要来自正极材料的不稳定性、电极和电解质之间的副反应以及电解质在高温或高电压下的分解。我们对包括电解质设计、缓冲层构造和电极材料优化在内的强化缓解策略进行了讨论。因此，后续研究工作应优先考虑长期高精度气体检测，以提高 SIB 的安全性和性能，从而加强其商业可行性，为大规模能源存储和电动汽车提供可靠的解决方案。

Mechanisms and Mitigation Strategies of Gas Generation in Sodium-Ion Batteries

Xingyan Li, Meng Li, Xi Chen, Haoran Wei, Xuming Yang, Shenghua Ye, Liewu Li, Jing Chen, Xiangzhong Ren, Xiaoping Ouyang, Jianhong Liu, Xiangtong Meng*, Jieshan Qiu*, Biwei Xiao*, Qianling Zhang*, Jiangtao Hu*

Nano-Micro Letters (2025)17: 177

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01697-1

本文亮点

1. 讨论了钠离子电池中气体产生的机理和主要来源。

2. 为了有效提高 SIB 的安全性，提出了各种抑制气体产生的策略。

3. 强调了提高 SIB 安全性和性能的未来发展方向。

内容简介

目前钠离子电池(SIBs)被视为替代部分现有商业LIBs的最有希望候选者之一。而钠电池的气体产生机制更为复杂，涉及多种材料和反应路径。此外，与LIBs相比，SIBs中功能性固体电解质界面(SEI)的形成受限于SEI组分(如钠盐)的较高溶解度。负极侧SEI层的不稳定性导致循环过程中持续增厚和开裂，加速副反应。在过充或过热条件下，也可能导致电解液体系自分解。随着这些情况的累积，电池内产生的气体聚集，导致明显膨胀。重要的是，这些气体中的许多是氧化剂或可燃气体。电池内气体产生对电化学性能和安全性有深远影响。例如，层状正极材料的结构变形通常与晶格氧释放同时发生，这会显著损害电池容量和充放电效率。此外，电池内气体的持续累积可能导致正极结构重组或坍塌、CEI膜破裂和电解液泄漏，最终导致内部短路，并为后续热失控创造条件，可能引发燃烧或爆炸。因此，深圳大学胡江涛、张黔玲&有研(广东)新材料技术研究院肖必威等人系统总结了不同电池组件的气体形成机制，将有助于从根本上澄清SIB中的气体产生问题。

图文导读

I 正极侧的产气研究

目前，层状过渡金属氧化物、聚正离子正极以及普鲁士蓝类似物是钠离子电池正极的主要研究类型。但是为实现工业化还面临许多问题：在高电压条件下，钠离子正极发生复杂的相变；在循环过程中，发生剧烈的界面副反应、过渡金属的溶解、迁移与沉积等。这些微观特征在电池中的宏观表现为容量衰减和气体释放。显而易见，正极材料是气体产生的关键因素之一。因此，阐明不同条件下各类正极材料的气体产生机制，对于开发更安全的电池至关重要。

层状正极材料的气体产生研究

从图 1a 中可以看出，在超过 3.5 V 的电位下，NaMg0.5Ru0.5O₂ 的第一个恒流循环中记录的容量依赖型原位拉曼光谱在 1083 cm-1(在 A 点)处有一个明显的峰值，这被归因于在高极化电位下基于丙烯碳酸酯(PC)的电解液分解。研究人员发现，在低于 4.0 V 的 Na/Na⁺ 电位窗口中，氧气并未被激活。也就是说，在 NaMg0.5Ru0.5O₂ 中，正离子氧损失过程并未对氧化还原容量有所贡献(图 1c)。从 DEMS 中未检测到 O₂(图1b)，这证实了没有晶格氧逸出，然而，在高压区域充电结束时有 CO₂ 生成，研究人员将其归因于 Na₂CO₃ 和/或电解液的分解。在第二次充电过程中，几乎未检测到 O₂ 或 CO₂，这表明在第一次循环后形成了稳定的正极 - 电解液界面(CEI)保护层。在初次充电过程中，NaMg0.67Ru0.33O₂ 正极表现出与氧相关的正离子氧化还原反应。对于 NaMg0.67Ru0.33O₂(图 1d、e 和 f)，在初次充电过程中激活了与氧相关的氧化还原反应，使得与氧相关的氧化还原活性无法储存在 NaMg0.67Ru0.33O₂中。因此，在第一次充电结束时，来自每种与氧相关物质的氧损失和消失非常严重，导致氧完全失活。这一过程并非可逆的正离子氧化还原反应，这表明负离子氧化还原将进一步参与其中。此外，随后的 X 射线光电子能谱(XPS)观察将为氧化还原过程中价态的变化提供进一步的证据。同时，O3 相可以恢复，这表明其具有更好的结构稳定性，这归因于初始氧损失引起的结构扭曲。在锂离子电池的富锂 NCM 正极中已经明确证明，氧损失会导致层状正极材料的化学机械断裂。然而，将结构扭曲(由晶格氧损失引起)归咎于整个层状氧化物正极的有害结构转变是不公平的。总之，提出了新的观点：不可逆的晶格氧损失并不一定对应于有害的结构坍塌，相反，异常现象甚至可能导致有利的结构转变，这反而有利于后续循环中的结构稳定性。

图1. 层状正极的气体产生研究。a NaMg0.5Ru0.5O₂ 在与容量有关的第一个电化学循环期间的原位拉曼光谱。b 在 NaMg0.5Ru0.5O₂ 的初始和再充电过程中通过原位 DEMS 记录的氧气(红色圆圈表示)和二氧化碳(紫色圆圈表示)的气体演化率结果。c NaMg0.5Ru0.5O₂的状态密度(DOS)示意图，说明充电和放电过程中电子结构的变化。d NaMg0.67Ru0.33O₂ 在第一个电化学循环期间与容量有关的原位拉曼光谱图。e NaMg0.67Ru0.33O₂在初始充电和再充电过程中通过原位差分电化学质谱仪(DEMS)记录的氧气(红色圆圈表示)和二氧化碳(紫色圆圈表示)的气体演化率结果。f NaMg0.67Ru0.33O₂ 的 DOS 图，显示充电和放电过程中电子结构的变化。

普鲁士蓝正极材料的气体产生研究

对于 PBAs，气体演化主要源于材料中的微量结晶水，随着电池内部反应的进行，不可避免的电压变化和温度升高会导致 HO-H 键断裂，从而使得 OH⁻ 和 O 原子逃逸，特别是在高温下，PBAs 中的吸附水和晶格水会脱离晶体结构，进入电解液并引发释放如 H₂O、NH₃ 和 N₂ 等气体的副反应。Deng 等人研究了正极的产气情况，分别检测到 H₂ 和 CO₂，并且还发现了 HCN 生成的可能性。通常，热重分析(TG)方法常用于计算 PBAs 中的含水量，然而，Wang 等人对此持有不同观点，他们发现，基于在特定温度范围(25-350°C)内的失重来计算 PB 的含水量是不准确的，PB-1h 和 PB-3h(在不同 pH 的 HCl 溶液中制备)在 25-350°C 范围内均释放出 H₂O 和 NH₃，这表明 PB 晶格中的配体水分子释放以及 NH₃ 生成，反映了与框架中 N 的氢键断裂，此外，在 480 至 600°C 之间释放的气体主要由 N₂ 组成，这表明 PB 框架完全破坏并形成了 Fe/Fe3C 复合材料，图 2b 中 PB-1h 的热分解过程显示有毒 HCN 气体的释放量微乎其微，然而，在 230 至 320°C 之间观察到了 PB-3h 中的 HCN 释放，这表明 PB 晶格内存在 H+ 离子。除了当结构空位被配体水分子占据时水分子的分解反应外，在钠离子插入和提取过程中，PB 晶体结构可能会发生扭曲或坍塌，特别是在存在大量 [Fe(CN)₆] 空位的情况下，这会显著增加结构的不稳定性。

图2. 普鲁士蓝正极材料的气体产生研究。a 来自普鲁士蓝正极材料的正极气体产生。b 证明在电化学过程中 PBA 产生微量 HCN 的数据支持。c 在 25-350°C 范围内释放四种气体，即 H₂O、NH₃、N₂ 和 HCN。在 PB 分解过程中，PB-1H(左)和 PB-3H(右)均释放出 H₂O 和 NH₃。在 480 至 600°C 范围内热分解产生 N₂，这表明 PB 框架完全破坏，形成了 Fe/Fe₃C 复合材料。PB-3H 在 230 至 320°C 温度范围内释放出相对较大体积的有毒 HCN，这表明 PB 晶格中存在 H⁺ 离子。

聚正离子电极材料的气体产生研究

聚正离子电极材料因其强大的共价键合框架、高结构和热稳定性、增强的循环寿命和安全性而优于其他类型的正极材料。它们被广泛认为是未来的钠宿主电极材料。尽管安全性高，但仍存在产气风险。研究人员推测了其产气机制(图 3a)，并且在 NVP||Na 和 NVPF||Na 的乙烯碳酸酯电解液体系中确实检测到了产气。在高电压充电条件下电解液的分解问题，包括钒基多正离子化合物(Na₃V₂(PO₄)₃)、铁基多正离子化合物(NaFePO₄)、锰基多正离子化合物(Na₃MnPO₄CO₃)、NASICON 结构材料(Na₃Fe₂(PO₄)₃)以及混合多正离子化合物(Na4Fe3(PO₄)2(P2O7))等。首先，由于水的电解，正极和负极分别产生 H₂ 和 O₂。其次，钒基多正离子化合物(例如 Na₃V₂(PO₄)₃)可能在水性电解液中溶解，生成钒离子(Vn+)，这些钒离子可能与水中的氢氧根离子(OHⁿ⁻)反应形成钒氢氧化物沉淀。此外，还研究了 Na₃V₂(PO₄)₃ 的降解机制(图 3c)，这证实了之前的说法，即钒基多正离子化合物在水性电解液中可溶，会产生钒离子。最后，如果电解液中含有酸根离子，也可能分解产生如 SO₂ 和 CO₂ 等气体。电解液中的溶解气体，尤其是氧气，对电池的充放电性能有显著影响。

图3. NVP 分解及气体产生机制。a NVP 分解机制示意图。b NVP || Na(左)和 NVPF || Na(右)中基于 EC 单溶剂电解液的产气情况。c Na₃V₂(PO₄)₃ 的降解机制。

钠硫电池正极材料的气体产生研究

钠硫(Na-S)电池因其高能量密度、高效率和长寿命而备受关注，但其性能受到正极材料导电性和多硫化物迁移的限制。硫作为 Na-S 电池的正极材料，在充放电过程中易与电解液成分反应，导致气体产生。例如，硫会与电解液中的杂质或分解产物反应生成硫化氢(H₂S)等气体。利用微分电化学质谱(DEMS)技术，能检测到在研究样品的第一次钠补充过程中产生了氢气(H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)气体，并表明这些气体源自碳酸酯电解液的分解。

目前，关于 Na-S 电池正极材料气体产生的研究相对较少，需要更先进的技术手段来检测和分析气体产生过程。在线电化学质谱(OEMS)等技术可以为研究提供更详细的气体组成和产生机制。同时，优化电解液的成分和添加剂，可以减少电解液与正极材料之间的副反应，从而减少气体产生。此外，对正极-电解液界面进行改性也是提高 Na-S 电池性能的重要手段。

II 负极侧的产气研究

钠离子电池中负极材料的气体产生机制主要涉及充放电过程中的化学反应，特别是负极材料与电解液之间的相互作用。在 SIBs 中，各种常见的负极材料在循环过程中会发生副反应，导致气体产生。这些反应包括：(1)首次充电时在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)时会产生气体；(2)充电过程中电解液中的溶剂在负极表面分解，产生气体；(3)负极材料与电解液中的某些成分相互作用，也会产生气体。这些气体产生现象对电池的性能和寿命有显著影响。

硬碳负极材料的气体产生研究

硬碳(HC)作为一种先进的电极材料，因其独特的物理和化学性质在电池技术领域备受关注。影响其性能的关键因素之一是孔隙结构，包括开放孔隙和封闭孔隙，共同构成了 HC 的多孔特性。这种多孔结构为电解液提供了大量活性位点，从而增加了 HC 与电解液之间的接触面积。在电池的充放电循环过程中，电解液在这些活性位点发生分解，导致气体产生。HC 的高比表面积进一步增强了这种接触，显著增加了电解液分解和气体释放的可能性。这种气体产生不仅影响电池的性能，还可能对电池的安全性和寿命构成潜在风险。

图4. 硬碳负极在 SIBs 中的气体产生行为及相应气体分析结果。a 在 LIBs 和 SIBs 中同时使用硬碳材料时，电池运行过程中的气体产生示意图。b 采用硬碳材料时，使用钠袋式电池进行 DEMS 测试装置示意图。c 硬碳材料对二氧化碳气体吸附机制示意图。经许可转载。d TMS/OEMS 气体分析系统示意图。TMS 设备用于定量分析，OEMS 设备用于实时监测气体释放行为。e 显示了不同放电截止电压(0.5、0.2、0.15、0.1、0.02 V、20% 过量)下硬碳电极的基于 D₂O 的 TMS 结果。

金属钠负极材料的产气研究

金属钠负极(NMA)是全电池系统中的关键部件，具有高能量密度。NMA 具有 1166 mAh/g 的高理论容量和 2.71 V 对 SHE 的低氧化还原电位。然而，NMA 材料面临着稳定性问题，包括有机电解质中不稳定的 SEI、树枝状生长和气体演化。在钠金属电池的初始充电过程中，NMA 与电解质接触，开始形成 SEI。在此过程中，负极表面的电解质成分会发生分解，从而作为副反应导致气体演化。钠(Na)在离子溶液中更容易发生气体演化，而在纯溶剂中则更为明显。这种差异归因于离子与溶剂形成的复合物的最低未占分子轨道(LUMO)能级低于纯溶剂。

通过AIMD(ab initio 分子动力学)模拟进一步了解了气体演化机制，该模拟通常适用于各种电解质-金属体系。当使用 PC 作为溶剂时，钠离子(Na⁺)与 PC 形成的络合物在络合时会显著降低 LUMO 能量(至 5.28 eV)(图 5a 和 5b)，这表明[Na-PC]络合物对金属钠的还原性增强，从而引发气体进化。PC 和 [Na-PC] 之间的能量差高达 5.11 eV，这解释了离子配位削弱溶剂分子稳定性并促进气体生成的假设。产生的气体包括一氧化碳和丙烯，这两种气体都是易燃物，因此增加了安全风险。

图5. 轨道杂化示意图与 LUMO 水平的比较 a 上图显示了 PC、PC⁺ Sol、[Na-PC]和 [NaPC]⁺的前沿分子轨道水平。左下图为 PC 与 Na⁺ 之间的轨道杂化示意图，右下图为 PC 与 Na 原子之间的轨道杂化示意图。b Na 和 Li 金属负极体系中纯溶剂和离子溶剂复合物的 LUMO 水平比较。

此外，通过 AIMD 模拟(图 6a)，提出了涉及一氧化碳生成的电解质分解机制。在这一机制中，PC 分子在金属钠表面被还原，形成一氧化碳和有机钠盐。这一过程涉及 PC 分子的电子转移，切断 C-O 键，随后释放出一氧化碳分子。此外，金属钠还会与 EC、PC、DEC 和 DMC 等碳酸盐溶剂发生反应，生成相应的钠盐和气体(图 6b)。

图6. a 使用 AIMD 模拟了 PC 分子在 Na (110) 表面不同时间的两种分解机制和整个过程的时间演化。b (A) EC、(B) 碳酸二甲酯 (DEC) 和 (C) 碳酸氟乙酯 (FEC) 的可能分解气体生成机制。

III 电解质部分的产气研究

电解质在 SIB 中起着至关重要的作用，不仅影响电化学性能，还直接影响电池的安全性和寿命。首先，电解质是钠离子在正极和负极电极之间迁移的介质，决定了电池的电导率和离子传输效率。优秀的电解质应具有较高的离子电导率、良好的化学稳定性和较宽的电化学窗口。其次，电解液的稳定性直接影响电池的循环稳定性和运行寿命。如果在电池充放电循环过程中发生电解质分解，就会产生气体和固体副产物，从而降低电池的能量密度，并带来短路、热失控甚至爆炸等安全风险。因此，系统总结电解质分解和气体生成的现象和机制对于未来开发高性能、长寿命和安全的 SIB 至关重要。

有机电解液的产气研究

添加剂分子的分解势垒明显较低，因此首先分解。而添加剂分子的存在会增加导电率的分解势垒(图7a)。在图7b中的FEC分解过程中，C-CO-C 键的解离也会释放出 CO₂ 气体并生成 CHCHO⁻ 正离子 (FB⁺)。它在热力学上是有利的。在 FEC 分解过程中，CCOC 键的解离释放出 CO 气体并形成 CH₂CHO₂- 正离子 (FB5)。在图 7c 中碳酸乙烯酯 (VC) 的分解过程中，CCOC 键的解离导致 CO 气体释放并形成 -OCHCHO⁻ 正离子 (VB4)。以上讨论的反应途径都会导致正离子自由基的形成，而在许多不同的反应可能性中，正离子自由基受到过量电子的攻击而生成碳酸根正离子并释放乙烯分子是最突出的一种。图 7d 显示了在添加剂分子存在的情况下与该反应相对应的热力学数据。

图7. 利用连续介质模型(PCM)研究了各种络合物还原分解反应的具体路径(T = 298.15 K，p = l atm)。

作为气体产生的最重要部分，CO₂ 和 CO 在 SIBS 的气体演化研究中最受关注。通过观察气体现象和检测副产物，推断出气体产生的副反应，包括 PC 化学分解产生 Na₂CO₃ 和 C₃H₆，FEC 分解产生 CH₂CHO 和 CO₂(图 8a)。此外，由于伴生气体产生的副产物与隔膜中的硅铝氧化物发生反应，玻璃纤维隔膜被严重腐蚀，出现大洞，并被钠枝晶穿透(图 8b)。文献中使用气相色谱法(GC)对 C₃H₆ 和 CO₂ 的演化进行了定量分析，发现在筛选电解液中 C₃H₆ 和 CO₂ 的产气量明显低于在 NaPF₆-PC/FEC 电解液中的产气量(图 8c)。

图8. 反应推测和结果。a 假设气体演化的反应 b 严重腐蚀的玻璃纤维薄膜 c 通过气相色谱法对两种电解质中的气体演化进行定量。

目前，针对纤维素酯分解机制的研究备受关注。提出了纤维素EC 分解的各种途径，导致形成R-OCO₂Na、Na₂CO₃ 和NaF等化合物，其分解产生各种气体，包括 C₂H₄、H₂、CO₂、C₂H₂ 和 HF(图9a)。 DEMS 检测到的 CO₂ 信号表明，FEC 分子的分解通过途径 1-B 促进了 CO₂ 的形成。 先前的研究强调了电解质分解产生的 CO₂ 对电池的不利影响 。 然而， FEC 分解产生的各种气体，尤其是适量CO₂(图9b和9c)，有助于形成以碳酸盐为基础的 SEI 层。这增强了电池的安全性和循环稳定性。

图9. 气体生成机制以及原位透射电子显微镜和原位 DEMS 数据。a 构建 FEC 衍生夹层的可能机制。b 纳/电解质/铜电池结构中气体析出的原位 DEMS。 1 M NaFSI-EC/PC (1/1) 中 C₂H₄、H₂、CO₂、C₂H₂ 和 HF 气体的电压曲线和原位 DEMS 数据。c 1 M NaFSI-FEC 初始电镀 Na/Cu 电池，0.282 mA/cm2，25°C。

固态电解质的产气研究

使用固态电解质(SSI)的固态电池具有更高的能量密度和更高的安全性，因此被认为是液态电解质系统的理想替代品。目前正在研究的固态电解质主要有三种：固态聚合物电解质(SPE)、复合聚合物电解质(CPE)和无机固态电解质(ISE)。这些电解质在固态 SIB 中起着至关重要的作用。与液体电池相比，固态电池的明显优势包括高能量密度和高安全性。然而，高能量密度固态电池也面临一些问题，如界面稳定性。高能量密度通常需要使用高电压正极和高容量负极材料，这会增加电极与固态电解质之间的界面不稳定性。电池内部的界面不稳定性会导致严重的产气问题。

IV 产气的抑制方法

抑制正极材料中的气体生成

正极材料的结构掺杂

图10. a P2 层中用 Mg 替代空位后 MFM-x(x = 0、0.1、0.2)的结晶演变。下图显示了 Na 与 TM 层中 Na 上方空位的局部配位环境。右侧描绘的是指向空位位置的非成键氧 2p 轨道。 b 利用 STEM 技术准确识别了 Na 提取和插入过程中的结构演变。下图分别是沿 [001] 和 [121] 轴的观察方向示意图。c P2- 型 Na5/6Li1/4Mn3/4]O₂ 示意图，以及 P2-型 Na5/6Li1/4Mn3/4O₂ 示意图，以及钠层的计算电子密度，并显示了在 TM 层中发现的两种不同的晶体结构位点，即富锂位点和富锰位点。d 基于六方 NaMnO₂ 的 5 × 2 超晶胞的 P2- 型结构；(a)Na0.6MnO₂；(b)Na0.6Mn0.8Li0.2O₂。

正极材料的表面涂层

从层状结构到尖晶石结构的相变、晶格破坏和孔隙形成是导致金属离子电池循环容量下降的主要因素，更关键的是，会导致机械应变、结构变形甚至坍塌，从而引发严重的安全问题，如电池内部产生气体。研究人员普遍认为，表面涂层或化学添加剂可以部分稳定结构。这些方法可以减少材料与电解液之间的副反应，增强结构稳定性，提高电池循环寿命和安全性。

抑制电解质中气体的产生

电解质的分解一直是 SIB(特别是电解质系统)内部气体产生的主要途径。不同的研究团队对不同的电解质系统进行了广泛的研究和分析。钠沉积在 EC、DEC 和 PC 中会产生大量气体和脆弱的多孔枝晶(图 10a)。在实验中，当使用 FEC 作为助溶剂与 DEC 混合时，二氧化碳的产生有所减少，但仍然存在。这表明，即使在 FEC/DEC 电解质中会产生大量气体和易碎的多孔树枝状物，碳酸盐种类的分解也是产生气体的主要来源。

抑制负极材料中的气体生成

正如在讨论正极材料时提到的，科学家们现在热衷于利用表面涂层来控制树枝状突起的生长，从而降低正极材料与电解质之间发生副反应的可能性。这种方法不仅适用于正极材料，而且在通过表面涂层优化 SIB 性能的其他领域也得到了广泛研究。例如，Lu 等人研究了一种稳定钠金属负极以提高钠电池性能的简单方法图 11b)。

图11. 沉积状态和行为示意图。a 当 4 mAh AH⁻2 以 1 mA cm⁻2 (上图)和 5 mA cm⁻2 (下图)的电流通过 EC/DEC、PC/FEC 和 FEC/DEC 时，1 M NaPF₆ 中沉积的钠的形态。b 未经处理(上图)和受保护 Na(下图)的 Na 电镀和剥离行为示意图。

图12. 现阶段抑制 SIB 内部气体产生的各种方法汇总。

图13. SIB 内各种反应过程产生各种气体的机理。

V 总结

针对上述气体产生机制，我们总结了几种抑制气体形成的策略。首先，作为电池内部最重要的组成部分，电解液的筛选、优化和适当的添加剂都非常有助于抑制气体的产生。同时，在电极材料和电解液之间设置缓冲层也能有效减少两者的直接接触，从而减少副反应的发生。其次，对电极材料进行优化和改进，如开发更稳定的正极和负极材料，可以大大减少气体的产生。此外，设计合理的电极结构成分，同时调整合成条件(如温度和压力)，也有助于抑制气体的产生。气体检测和分析是解决 SIB 中气体生成问题的基础。然而，目前广泛采用的 DEMS 等设备存在一些局限性，包括电解液蒸发导致的检测时间限制、使用大量电解液导致的与真实电池系统的偏差以及收集的气体产生结果不准确。因此，进一步改进 DEMS 设备是必要的，也是势在必行的。获得令人信服的气体产生结果可以对气体产生机制得出更精确的结论。这不仅有助于分析电池降解的根本原因，还能为抑制气体生成提供准确而有针对性的策略。基于上述总结，提出了未来 SIB 中气体的演变机制和抑制方法：

1 优化电池系统。首先，电解液的稳定性直接影响到 SIB 电池在充放电过程中的产气量。开发新的电解质和添加剂以提高电解质的化学稳定性和电化学窗口是减少产气的关键方法之一。其次，正负电极材料的选择对产气现象也有重要影响。通过优化正极材料，如开发结构更稳定、对环境湿度不敏感的材料，可以有效减少气体的产生。最后，提高电极-电解质界面的稳定性也是减少气体产生的重要策略。通过界面涂层改性来提高 SIB 中电极-电解质界面的稳定性，可以减少副反应，从而减少气体产生。

2 电池环境管理。首先是温度管理，在较宽的温度范围条件下，SIB 的性能会受到影响，温度的变化会显著影响电池内部的化学反应和反应速率，进而对电极/电解液界面的形成、电池的安全性能、使用寿命、稳定性以及各类电化学特性产生重要影响。此外，考虑到 SIB 在不同温度下的工作特性，电池管理系统 (BMS) 需要进行专门设计，以适应其独特的电压特性和过放电耐受性。

3 引入其他高分辨率手段。未来的研究应侧重于开发具有高精度、长期气体检测能力的多功能原位 DEMS 装置。此类设备应具备延长测试时间的能力、先进的挥发性电解质冷凝和补充系统、高灵敏度的气体检测能力以及标准化和可重复的气体测试协议。需要能够进行长期测试的设备，以便在更长的循环过程中进行原位气体生成分析。需要使用冷凝系统来捕捉挥发性电解质，从而减少对仪器灵敏度和测试结果的干扰。

4 人工智能增强。包括电解质优化、正极材料设计等。利用人工智能更好、更科学地观察和研究电池内部气体产生机理的相关性。科学设计的气体测试过程也是未来研究的重点，旨在阐明复杂化学反应的内部机理。

5 加强学术界与产业界的交流。目前，产业界在产气严重的 SIBs 领域可能遇到了技术瓶颈，可以通过分析企业的数据，进而指导学术研究方向等。为了推动 SIBs 技术的发展，解决产业界在该领域可能遇到的重大技术难题，加强学术界与产业界的交流与合作显得尤为重要。

作者简介

胡江涛

本文通讯作者

深圳大学 副教授

▍主要研究领域

锂/钠电池正、负极材料的制备及机理研究。高性能液态有机/水系电解液开发及机理探讨。固液界面传输机制研究。高能量密度高安全锂电池。

▍主要研究成果

胡江涛，深圳大学化学与环境工程学院副教授，博士生导师，院长助理，广东省储能专家组成员，中国化学学会会员。2018年获得北京大学理学博士学位， 2018-2021年在美国西北太平洋国家实验室从事博士后研究。2021年12月加入深圳大学，在化学与环境工程学院石墨烯及其复合材料研究中心开展新能源材料研发及应用研究工作。截至目前，申请人以第一作者和通讯作者发表SCI论文50余篇，包括Nature Communications(1篇)、Joule(1篇)、Energy & Environmental Science (1篇)、National Science Review(1篇)、ACS Energy Letters(1篇)、Advanced Energy Materials(4篇)、Advanced Functional Materials(3篇)、Nano Letters(2篇)、Carbon Energy(1篇)、Energy Storage Materials(1篇)、Nano Energy(4篇)和Small(2篇)等，累计合作发表SCI论文100余篇，总引用5900余次，H因子39，已获美国授权发明专利2项。2020和2021年连续两次荣获美国西北太平洋国家实验室杰出表现奖。曾在国际和国内会议上给予邀请报告20余次，担任广东省科技厅“新型储能技术路线图”编制专家。

▍Email：hujt@szu.edu.cn

张黔玲

本文通讯作者

深圳大学 教授

▍主要研究领域

锂离子电池、钠离子电池材料设计原理及高效制备方式。

▍主要研究成果

深圳大学化学与环境工程学院教授，博士生导师。2001年毕业于中山大学化学专业，获博士学位。2001年7月起在深圳大学工作。担任国家自然科学基金通讯评议专家、广东省自然科学基金通讯评审专家、国际学术期刊Energy & Environmental Science、Applied Catalysis B: Environmental等特约审稿人。近年来一直从事石墨烯及其复合材料的设计合成及其在能源存储与转化等方面的应用研究，取得很多创新性成果。近年来主持完成10多项国家自然科学基金、国防973项目子课题、广东省自然科学基金项目 、深圳市重大产业技术攻关项目和深圳市基础研究重点项目等；在Energy & Environmental Science、Science China Chemistry、Applied Catalysis B: Environmental等期刊上发表SCI收录论文200多篇，论文被他引4000多次；获广东省科技进步二等奖1次、广东省科技进步三等奖1项、深圳市科技进步一等奖1项、二等奖1项；申请获得国际、国内发明专利40多项；2006年被评为广东省高等学校“千百十工程”校级培养对象， 2009年被认定为深圳市高层次人才地方级领军人才，2021年被评为深圳大学优秀学者。

▍Email：zhql@szu.edu.cn

肖必威

本文通讯作者

有研(广东)新材料技术研究院 副主任研究员

▍主要研究领域

锂离子电池、钠离子电池材料设计原理及高效制备方式。

▍主要研究成果

中国有研科技集团广东研究院教授，北京有色金属研究总院博士生导师。博士毕业于加拿大西安大略大学孙学良院士课题组，随后在美国西北太平洋国家实验室先后担任博士后和材料科学家。在Nature Communications, Nature Materials, Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Natl. Sci. Rev., Nature Materials等高水平期刊共发表论文90余篇，授权中国专利5件。论文共计引用7500余次，H因子43。获“中国有色金属学会会杰出青年工程师奖” 、“中国材料研究学会青年科技奖”等。在国内外会议、论坛共作口头报告50余次。担任Nature Communication等期刊审稿人、广东省科技厅“新型储能技术路线图”编制专家、美国化学会(ACS)2021年春季会议电池分会场承办人。

▍Email：xiaobiwei@grinm.com

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2023 JCR IF=31.6，学科排名Q1区前3%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

Web: https://springer.com/40820

E-mail: editor@nmlett.org

Tel: 021-34207624

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