郑州大学陈卫华教授/大连化物所彭章泉研究员，最新Chem. Soc. Rev. 综述：原位差分电化学质谱揭示二次电池界面产气

【研究背景】

随着风能、水能、潮汐能和太阳能等清洁能源需求的快速增长，开发高效储能设备以实现能源供需动态平衡成为关键挑战。过去几十年间，科研界通过提升正极材料能量密度、设计宽电压窗口的阻燃电解质体系以及构建高容量负极材料等手段，推动了电池技术的阶段性突破。然而，新一代电池的研发亟需对电化学反应路径、界面演化规律及多组分协同机制形成系统认知。在此背景下，一个关键瓶颈尚未突破：电化学反应过程中持续产生的气态副产物会引发电池性能衰减、威胁安全性并加速寿命衰退。这些由产气效应引发的连锁反应严重制约了高稳定性电池体系的发展，并使得电池产气机理研究成为亟待攻克的核心课题。

【文章简介】

为应对上述挑战，郑州大学陈卫华教授与中国科学院大连化学物理研究所彭章泉研究员合作，聚焦可充电池气体原位检测技术，从气态副产物形成机制、关键影响因素及抑制策略三个方面展开系统性综述。相关成果以“Unveiling gas production in rechargeable batteries via in situ differential electrochemical mass spectrometry”为题目发表在国际顶级期刊Chemical Society Reviews。郑州大学研究生唐国串和博士后张继雨为该论文共同第一作者。

（1）系统综述了新兴的原位差分电化学质谱（DEMS）技术在实时气体检测领域的应用进展。重点解析了DEMS设备的运行机理与技术特征，详述了该检测系统在电池产气研究中的技术演进历程，为深入理解电池体系的气体生成行为及其动力学机制提供了先进表征手段。

（2）通过整合分析现有研究成果，揭示了锂离子电池、钠离子电池和金属空气电池等不同体系的气体释放特性。采用对比研究方法，定量解析了截止电压、电流密度、温度及电解液浓度等关键参数对产气过程的影响规律。

（3）基于原位DEMS检测数据与多尺度表征技术的协同分析，阐释了可充电池产气机制的分子级理论。详细讨论了电极材料不稳定性分解、电解液界面反应以及杂质诱导等产气关键机制的研究进展，为新型电极/电解液材料及界面设计提供理论支撑。

（4）系统梳理了从基础研究到产业应用的产气抑制策略体系。从材料工程角度总结了电解液添加剂开发、电极材料改性、界面膜构筑等创新方法；从系统集成维度提出了气体管理方案优化、新型电池结构设计等工程策略，并评估了多方案在商业化应用中的技术可行性。

（5）前瞻性地提出了气体监测技术的未来发展方向，包括高灵敏度设备联用、无损检测系统开发和产气过程微型传感监测等创新路径，并强调通过跨尺度表征与人工智能技术的深度融合。

（图形摘要）

（图文导读）

图1-可充电电池在正常运行或极端条件下发生退化机制及伴随气体生成的示意图

图2-DEMS技术的发展历史

图3-原位DEMS系统组件的示意图及其相互连接关系

图4-原位DEMS系统中的关键组件架构：（a）原位电化学池的组件排列结构；（b）四极杆质谱分析器的原理示意图

图5-影响电池气体生成的因素。（a）不同离子型电池气体生成特性的雷达图;（b）不同电极气体生成特性的雷达图；（c）不同电解质类型气体生成特性的雷达图；（d）不同电解质添加剂条件下电池气体生成情况的分析；（e）测试环境温度、电池充电截止电压和电流密度及电解质盐浓度对电池气体生成量的影响，其中曲线的虚线部分是根据变化趋势预测得出的。

图6-电池中主要产气源及其通过气体吸附、反应性和积聚对性能影响的示意图

图7-电池中气体生成途径及其复杂链式反应机制示意图

图8-在电解质层面、电极材料层面以及电池系统设计层面抑制气体生成的策略

图9-电池内产气的检测方法、性能影响、机理探究与抑制策略及未来研究展望

【结论与展望】 

本综述系统阐述了差分电化学质谱（DEMS）技术的核心组件、运行机制及其在电池气体原位检测中的多维应用，涵盖传统锂/钠/钾离子电池及新兴水系/固态电池体系。通过精准解析气态副产物的生成机制（包括界面反应、材料失稳及副反应路径），结合关键变量对产气行为的影响规律，揭示了产气与电池性能衰退的构效关系，并总结材料改性、电解质优化等气体抑制策略。针对下一代电池设计需求，提出构建无损检测技术（如原位电池装置集成与多表征联用）、发展多模态联用平台（DEMS-FTIR/XRD等）、开发嵌入式气体微传感器及推进人工智能驱动的高通量分析技术等发展方向，以推动新型电池体系的安全性和经济性提升。

【文献详情】

G. Tang, J. Zhang, S. Ma, J. Li, Z. Peng and W. Chen, Unveiling gas production in rechargeable batteries via in situ differential electrochemical mass spectrometry. Chem. Soc. Rev., 2025，https://doi.org/10.1039/D5CS00276A.

【作者简介】

文章第一作者：唐国串（郑州大学化学学 研究生）、张继雨（郑州大学化学学院 博士后）

文章通讯作者：陈卫华（郑州大学化学学院 教授）、彭章泉（中科院大连化学物理研究所 研究员）

（注明，以上内容来源为：

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