一、作者的研究結(jié)果

1）本文作者采用非常簡便的方法，對(duì)幾種商業(yè)電動(dòng)汽車中使用的新出廠和老化后的商業(yè)方形鋰離子電池中游離態(tài)液體電解質(zhì)的含量進(jìn)行測(cè)定。作者并沒有告訴電池的具體廠家，但作者通過研究認(rèn)為傳統(tǒng)知名度較高的電池企業(yè)，其生產(chǎn)的電池中游離態(tài)液體電解質(zhì)更少，而新企業(yè)普遍對(duì)電解液的量控制不好。

2）知名電池制造商新出廠的電池中，有些許游離態(tài)電解質(zhì)，其最大平均含量可達(dá)18克（15至20毫升），但是這些電池中游離態(tài)液體電解質(zhì)的量是可重復(fù)的，這表明廠家在制造過程中有意添加了過量的電解質(zhì)。與之相比，一些技術(shù)不太成熟的廠家，其電池中游離態(tài)液體電解質(zhì)的量甚至可達(dá)36克（約35毫升），而且每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)的結(jié)果差異很大。

二、有機(jī)電解質(zhì)對(duì)各方面的影響

眾所周知，當(dāng)前商業(yè)鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)是易燃、有毒和/或腐蝕性的，隨著鋰離子電池著火事件的報(bào)導(dǎo)越來越多，公眾逐漸意識(shí)到電解液的易燃性對(duì)生命和環(huán)境帶來的危害。因此，以更安全的方法對(duì)鋰離子電池進(jìn)行操作、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、處理和回收，得到了大量的研究和關(guān)注。在特種航天和特種領(lǐng)域，關(guān)于液態(tài)電解質(zhì)與人接觸或者分解產(chǎn)生的毒性，已經(jīng)被量化研究。據(jù)報(bào)導(dǎo)（J.Electrochem.Soc.,163,A821（2016）。），在室溫下，即便電解質(zhì)有一絲泄露，都會(huì)形成潛在的有毒氣體。對(duì)于某些有毒和高揮發(fā)的電解質(zhì)成分，例如1,2-二甲氧基乙烷（DME）、2-甲基-四氫呋喃（2-Me-THF）、1,3-二氧戊環(huán)（1,3-DL）和碳酸二乙酯（DEC）等，在室溫下僅僅泄露15mL，足以以形成潛在的有害氣體。

鋰離子電池通常含有大量電解質(zhì)，其含量高達(dá)約16wt%，不同性能和化學(xué)性質(zhì)的電池，其電解液的具體含量也不同，取決于電池的化學(xué)性質(zhì)。在電池正常工作時(shí)，大部分電解質(zhì)保持在負(fù)極、正極和隔膜的孔中，僅僅有一小部分電解質(zhì)未被吸收，在電池內(nèi)形成游離態(tài)電解質(zhì)。當(dāng)電池外殼的完整性受到破壞時(shí)，這一小部分的液態(tài)電解質(zhì)會(huì)釋放出來，進(jìn)而造成電池安全系數(shù)降低。雖然在報(bào)道中，都表示大尺寸的鋰離子電池中的確有一些游離態(tài)液體電解質(zhì)，但是據(jù)我們所知，還沒有人能夠?qū)⑦@些游離液體電解質(zhì)進(jìn)行定量分析。在先前的研究中，作者表明，在大型的方形鋰離子電池（額定容量為40Ah）中，大約含有約19-30g（約20ml-30ml）的游離液體電解質(zhì)，在某些情況下，其量甚至可以達(dá)到約70g（50ml）。在本文中，歐盟科學(xué)家NataliaP.Lebede等人詳細(xì)研究了液態(tài)電解質(zhì)在商業(yè)方形電池中的含量，并且對(duì)商用方形鋰離子電池中的游離液體電解質(zhì)量進(jìn)行更系統(tǒng)的研究，以進(jìn)一步幫助量化鋰離子電池中與電解質(zhì)泄漏相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

三、具體研究過程

3.1方形電池選取

表1：本文采用的不同電池型號(hào)和參數(shù)。

在本文中，作者采用了來自6個(gè)不同生產(chǎn)商、具有不同正極化學(xué)性質(zhì)的市售方形鋰離子電池，其中包括帶金屬或塑料外殼的方形電池和額定容量為38至63Ah的軟包電池（見表一，上圖）。上圖中，a）為1號(hào)型電池，b）為2號(hào)型電池，c）為3號(hào)型電池，d）為4號(hào)型電池，e）為5號(hào)型電池，f）為6號(hào)型電池，g）為7號(hào)型電池，h）為老化后的3號(hào)型電池。通過表1可以看出，1號(hào)型和2號(hào)型電池是從供應(yīng)商處直接采購而來，而3、4、5和6四種類型的電池是從市面上可買到的PHEV和BEV新電池組中提取出來的（以上都是新電池，即沒有多次工作過的電池）。這些電池組已經(jīng)上市多年，其中3、4和6號(hào)型電池，均作為歐洲最暢銷的10款電動(dòng)汽車車型的動(dòng)力來源。這些電池來自不同的廠家，有新電池公司，也有成立比較久的公司。也許出于隱私考慮，作者在文中并未明確指出這些都是哪家的電池。

除了購買新電池外，作者還從荷蘭一家私營系列生產(chǎn)的PHEV公司里，購買了多次循環(huán)后的電池（以下稱為老電池），并進(jìn)行了調(diào)查。下圖為電池包的所在位置，其中a）為3號(hào)型電池循環(huán)后的PHEV電池組照片，作者整理了各個(gè)模塊，并保留了制造商采用的原始模塊編號(hào)；b）為PHEV電池組的示意圖，以及老電池的原始位置，以紫色突出顯示。根據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）得出的數(shù)據(jù)，本文研究的電池在運(yùn)行過程中都經(jīng)歷了相似的溫度變化，剩余容量約為30Ah。

3.2實(shí)驗(yàn)流程

上圖為本文的實(shí)驗(yàn)流程圖，先采用恒流放電，將所有的電池首先放電至制造商規(guī)定的最低工作電壓，然后，利用X射線成像技術(shù)對(duì)方形電池進(jìn)行表征，以確定電池內(nèi)部各種組件（電極、集流體、排氣孔等）的位置和尺寸，從而得到鉆孔的最佳位置，并估算出套管壁的厚度。

作者采用鉆孔機(jī)和直徑為3mm的銑刀在氬氣手套箱中，將帶有金屬或塑料外殼的電池鉆開。通常，如上圖a和b所示，在電池底部的一側(cè)鉆2個(gè)孔，然后通過其中一個(gè)孔將電池中的游離液體電解質(zhì)倒入量瓶中，并使用精度為0.01g的分析天平測(cè)量其重量，再利用燒瓶上的刻度（刻度為5ml）來估計(jì)電解質(zhì)的體積。其中圖a）為3號(hào)型電池，b）為2號(hào)型電池，c）為5號(hào)型電池，d）為6號(hào)型電池。

大多數(shù)的電池都是通過在電池一側(cè)鉆許多孔完全打開，或者采用剪鉗將孔間材料折斷（見上圖）。將完全打開的電池中存在的任何游離電解質(zhì)都倒入燒瓶中，并測(cè)量其重量和體積。其中a）為3號(hào)型電池，b）為1號(hào)型電池，c）為5號(hào)型電池，d）為4號(hào)型電池。

上圖為電解液的收集方法，首先，從電池的一個(gè)角打開，然后將其倒入試劑瓶中。

3.3游離電解質(zhì)含量測(cè)試結(jié)果分析

表2不同鋰離子電池中游離態(tài)液體電解質(zhì)量的測(cè)試結(jié)果