中国储能网讯：
摘 要 锂离子电池热失控会释放出大量气体，引起了许多研究者的关注。对热失控气体产物进行检测和分析是锂离子电池热失控研究中的重要组成部分。首先介绍了热失控不同阶段发生的反应并梳理出主要气体产物的来源。然后重点综述了当前锂离子电池热失控气体产物的主要检测和分析技术，包括气体传感器、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、拉曼光谱、离子色谱(IC)、复合气体分析仪及上述技术的组合联用，归纳了各种技术的实际运用效果，分析了每种技术存在的不足，提出了解决问题的方法建议，并总结出每种技术的优缺点及发展和应用情况。接着针对锂离子电池热失控气体产物检测结果的研究现状，从产气机理、气体成分和产气量、燃爆危险性、毒害、监测预警五个方面进行了阐述分析，可为锂离子电池的安全使用和发展提供帮助。最后基于对检测技术优点及气体产物研究内容的分析，推荐气体传感器和GC-MS+气体传感器为相对最适合气体分析的技术，可为检测技术的选择提供借鉴。文章结尾展望了气体产物检测和分析技术未来优化发展方向和前景，为相关技术的研发工作提供参考。
关键词 锂离子电池；热失控；气体产物；检测分析技术；优缺点
随着锂离子电池性能的不断优化和提升，其在交通运输、电子产品、储能电站、航空航天等领域的应用越来越多。然而，锂离子电池由于自身材料特性和应用环境的影响，易出现热失控现象，导致电池温度急剧升高引发火灾甚至爆炸等事故，给人身和财产安全带来极大威胁。2021年北京一储能电站施工调试过程中，楼内几个点位的锂离子电池均发生内短路故障，引发电池热失控，随后起火并爆炸，事故造成2名消防员牺牲，1名消防员受伤，1名员工失联，直接经济损失1600多万。另据国家消防救援局统计数据，在交通工具火灾中，新能源车辆增幅较大，仅在2022年一季度就出现了640起，同比上升32%；电动自行车火灾3777起，同比上升35.95%，造成了严重的人员伤亡和财产损失。为解决锂离子电池的安全问题，关于锂离子电池热失控的研究成为热点。通过对锂离子电池热失控过程的研究，许多学者发现锂电热失控会生成大量的气体，大量研究报道证实，锂离子电池热失控气体产物在评估和提升电池安全方面具备巨大潜力，对气体产物进行检测和分析已是锂离子电池热失控研究中不可缺少的环节，涉及锂离子电池热失控气体产物研究的文献基本呈逐年上升趋势，图1体现了中国知网中近十年相关文献数量变化情况。
图1 2013—2022年中国知网中相关文章数量(篇关摘：锂离子电池气体)
为全面对锂离子电池热失控气体产物的相关信息如生成机理、成分、性质、浓度等进行深入研究，多种技术手段已被应用于锂离子电池热失控气体产物的检测和分析，得到的相关数据参数是评价锂离子电池热失控危险性的有效依据，为实现锂离子电池热失控危险监测、预警、控制和防护提供了有力的理论基础和技术支持，对提升锂离子电池的安全性，推动锂离子电池的进一步发展和应用具有重要意义。
本文对锂离子电池热失控气体产物的来源进行了系统总结，列举归纳了当前主要的锂离子电池热失控气体产物检测和分析技术，从适用场景、检测效果等方面梳理和对比了不同技术的特点和应用情况，并阐述分析了当前锂离子电池热失控气体产物检测结果的研究状况，推荐了相对最适合气体分析的检测技术，在此基础上，对气体产物检测和分析技术的发展优化进行展望，以期为改善锂离子电池大规模应用的可靠性和安全性提供参考。
1 锂离子电池热失控气体产物来源
锂离子电池包含了大量的活性易燃的物质，当其遭遇过充、过放等滥用情况时，极易引起电池内部发生一系列复杂的化学反应，不但释放出大量热量，还生成种类繁多的气体产物。随着温度的升高，锂离子电池热失控气体产物的生成主要分为以下几个阶段，如图2所示，下面分别进行阐述。
图2 锂离子电池热失控过程的反应
1.1 SEI膜的分解反应
锂离子电池表面的固体电解质界面膜(SEI)由亚稳定组分[(CH2OCO2Li)2、ROCO2Li、ROLi等]和稳定组分(Li2CO3、LiF等)组成。锂离子电池内部发生放热反应，当温度上升到90 ℃时，SEI膜中(CH2OCO2Li)2就开始分解，其发生的主要反应如式(1)所示。
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4↑+CO2↑+1/2O2↑ (1)
在电池温度持续上升过程中，负极中的金属锂也可能与SEI发生反应，如式(2)所示。
2Li+(CH2OCO2Li)2→2Li2CO3+C2H4↑ (2)
以上为热失控发生的初期阶段，会生成大量的C2H4、CO2、O2等气体。高温导致电池内部SEI分解后，暴露出来的负极会再次发生电化学反应重新生成一层不规则的SEI膜，新生成的SEI膜会重新分解，在120～250 ℃，SEI膜再生-重分解反应同时发生。
1.2 负极和电解液的反应
随着温度的升高，SEI膜不断分解，负极材料不再受到SEI膜的保护，负极中的嵌入锂直接与电解液接触并发生反应，以电解液成分C3H4O3(EC)、C5H10O3(DEC)、C4H6O3(PC)等为例，发生的反应如式(3)~式(5)所示。
2Li+C3H4O3→Li2CO3+C2H4↑ (3)
2Li+C5H10O3→Li2CO3+C2H4↑+C2H6↑ (4)
2Li+C4H6O3→Li2CO3+C3H6↑ (5)
这一阶段的反应释放出大量烷烃类气体。当温度持续上升时，SEI膜再次分解后，暴露出的负极与有机溶剂进一步发生氧化还原反应，在220 ℃左右反应最激烈，生成大量的CO2，例如Li与EC反应，如式(6)所示。
2Li+2C3H4O3→Li—O—(CH2)4—O—Li+2CO2↑ (6)
1.3 正极材料的分解反应及其分解产物与电解液的反应
当电池温度达到200 ℃以上时，正极材料开始分解，不同的正极材料，分解温度不同。Doughty等总结了不同正极材料的热稳定性，从高到低为：磷酸铁锂(LFP)＞锰酸锂(LMO)＞镍钴锰酸锂(NCM111)＞镍钴铝酸锂(NCA)＞钴酸锂(LCO)。
1.3.1 LCO正极材料
LCO是第一种锂离子电池商业化正极材料，但其热稳定性相对较差，高温下会发生一系列分解反应。
LixCoO2→xLiCoO2+ (1-x)/3Co3O4+(1-x)/3O2↑ (7)
Co3O4→3CoO+1/2O2↑ (8)
CoO→Co+1/2O2↑ (9)
1.3.2 NCA正极材料
在LixNi1-y-zCoyAlzO2的众多镍基氧化物体系中，组合物y=0.1~0.15，z=0.05是应用最成功和商业化最好的正极材料，Bang等认为NCA正极的分解符合反应式(10)。
Li0.36(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2→0.18Li2O+0.8NiO+0.05Co3O4+0.025Al2O3+0.3725O2↑ (10)
Golubkov等则提出NCA正极分解机制如式(11)所示。
Lix(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2→Lix(Ni0.8Co0.15Al0.05)O1+x+(1-x)/2O2↑ (11)
1.3.3 NCM正极材料
NCM正极材料的热分解强度比LCO和NCA都低，一般Ni含量越高、Co和Mn含量越少时，相变起始温度越低，氧气释放量越大，NCM释放氧气的路径如式(12)所示：
Li0.35(NiCoMn)1/3O2→Li0.35(NiCoMn) 1/3O2-y+y/2O2↑ (12)
1.3.4 LMO正极材料
根据相关报道，LMO正极的分解过程如式(13)~式(16)所示，生成大量O2。
Li0.2Mn2O4→0.2LiMn2O4+0.8Mn2O4 (13)
3Mn2O4→2Mn3O4+2O2↑(14)
LiMn2O4→LiMn2O4-y+y/2O2↑ (15)
LiMn2O4→LiMnO2+1/3Mn3O4+1/3O2↑ (16)
1.3.5 LFP正极材料
与其他正极材料相比，LFP正极表现出更好的热稳定性，其分解反应遵循反应式(17)。
Li1-xFePO4→(1-x)LiFePO4+x/2Fe2P2O7+x/4O2↑ (17)
1.3.6 氧气与电解液的反应
在锂离子电池热失控过程中，电池内部发生的复杂化学反应并非独立进行，在高温下，正极材料分解释放的O2会与电解液溶剂发生反应，生成大量的CO2气体。
5/2O2+C3H4O3→3CO2↑+2H2O(18)
4O2+C4H6O3→4CO2↑+3H2O(19)
若氧气浓度不足时，反应会生成CO。
O2+C3H4O3→3CO↑+2H2O (20)
2O2+C4H6O3→4CO↑+3H2O(21)
1.4 电解液的分解反应
正极材料分解的同时，电解液中锂盐也会发生热解和水解反应，其产物包括PF5、HF、POF3等有毒物质。其中PF5和POF3 是活性中间体，很快会与其他物质如H2O发生反应，最终生成HF。
LiPF6→LiF+PF5↑ (22)
H2O+PF5→POF3↑+2HF↑ (23)
3H2O+POF3→H3PO4+3HF↑(24)
当温度达到200 ℃以上时，将会发生有机溶剂和锂盐分解产物的反应以及溶剂自身的热分解反应，释放出CO2、H2、氟化物和碳氢化合物。
C3H6O3+PF5→CH3OCOOPF4+CH3F↑ (25)
C5H10O3+PF5→C2H5OCOOPF4+HF↑+C2H4↑ (26)
C2H5OCOOPF4→POF3+CO2↑+C2H4↑+HF↑ (27)
C2H5OCOOPF4+HF→PF4OH+CO2↑+C2H5F↑ (28)
C3H6O3→CH3OCOOCH+H2↑ (29)
C3H6O3→CH3OCH3+CO2↑ (30)
这些反应没有绝对的先后顺序，可能同时进行多种反应。
1.5 黏结剂的分解反应
当温度达到230 ℃以上时，负极石墨颗粒脱落，Li直接暴露在电解液和黏结剂中，当温度超过260 ℃时，黏结剂PVDF会发生自分解反应以及与Li的反应，产生HF和H2。
—CH2—CF2—→—CH=CF—+HF↑ (31)
—CH2—CF2—+Li→LiF+—CH=CF—+1/2H2↑ (32)
与此类似，温度超过250 ℃时，黏结剂CMC和Li也发生反应释放H2。
CMC—OH+Li→CMC—OLi+1/2H2↑ (33)
H2出现后，电解液还与之发生还原反应并释放CH4，例如反应式(34)。
C3H6O3(DMC)+2Li++2e-+H2→Li2CO3+2CH4 (34)
1.6 其他反应
此外，还应该考虑热失控过程中发生的一些基本反应，如负极的完全或不完全燃烧生成CO2或CO、CO和H2O在高温下生成H2和CO2、可燃气燃烧生成CO2等。
通过以上分析可知，锂离子电池热失控过程中生成的气体主要有CO2、O2、CO、H2、HF、CxHy、CxHyOz、CxHyF和POF3等，另外，有机溶剂在高温下汽化，也属于CxHyOz气体的一种。下面总结出锂离子电池热失控主要气体产物的来源。
（1）CO2主要来源于：①负极石墨或导电炭黑的完全燃烧；②可燃气的完全燃烧；③SEI膜的分解；④负极中Li与有机溶剂的反应；⑤正极分解释放出的O2与有机溶剂的反应；⑥有机溶剂的分解，及其与锂盐分解产物的反应。
（2）O2主要来源于：①正极材料的分解；②SEI膜的分解。
（3）CO主要来源于：①负极石墨或导电炭黑的不完全燃烧；②正极分解释放出的O2与有机溶剂的反应；③可燃气的不完全燃烧。
（4）H2来源于：①负极中Li和黏结剂之间的反应；②有机溶剂的分解。
（5）HF来源于：①锂盐的热解和水解反应；②有机溶剂和锂盐分解产物的反应；③黏结剂的分解。
（6）CxHy来源于：①SEI膜的分解；②负极中Li和有机溶剂的反应；③有机溶剂的分解，及其与锂盐分解产物的反应；④H2与有机溶剂的反应。
（7）CxHyOz来源于：①有机溶剂的高温汽化；②有机溶剂的分解。
（8）CxHyF来源于：有机溶剂和锂盐分解产物的反应。
（9）POF3来源于：锂盐的热解和水解反应。
2 锂离子电池热失控气体产物检测及分析技术
锂离子电池热失控气体产物分析的研究方法，主要是在密闭或开放空间中采用加热、过充、循环老化等滥用手段引发电池热失控，然后利用选定的检测技术对电池释放的气体进行采样分析。当前，常用的气体检测技术主要有气体传感器、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、拉曼光谱、离子色谱(IC)等。下面分别对这些技术手段在锂离子电池热失控气体产物检测及分析中的具体应用进行阐述。
2.1 气体传感器
气体传感器作为一种简单快速、经济高效的气体检测技术，在锂离子电池热失控气体产物检测和分析研究中有大量应用，例如气体传感器可以实现实时气体测量，这是电池管理系统在特定气体浓度超过一定阈值时检测电池故障所需要的。
Cai等在基于气体检测的锂电热故障监测研究中，认为非色散型红外(NDIR)CO2传感器因具备选择性好、成本合理、寿命长等优点，是最适合监测锂离子电池热失控气体。研究者为验证该传感器的效果，设计了如图3所示的实验装置，P1、P2和P3分别是3个铝块，整个装置被放置在一个非密闭盒子里，图4是电池固定示意图。实验结果表明压力和温度都无法对热失控进行预警，只有CO2传感器在电池热失控发生的同时能监测到CO2浓度的明显增加，响应速度快，信号质量好。
图3 过充实验装置图
图4 电池固定示意图
最后，将该传感器在电池包中进行了应用测试，测试装置如图5所示。该装置基于商用电动汽车电池组设计，CO2传感器位于电池组顶部排气通道的出口处。测试结果证实，NDIR CO2传感器在电池组中的响应速度很快，作者还计算出了CO2报警阈值，表明该传感器能有效进行大型电池包的快速气体检测响应。因锂电热失控产物的复杂性，单个传感器的研究结果可靠性往往不够高，例如很多文献报道与上述文章的结论不同，这些学者认为其他气体传感器更适合用作电池热失控的监测，所以，需要加强对不同传感器的深入研究，将多个类型的传感器相结合，才能更好地用于电池热失控事件的高置信度检测和电池内部短路事件的诊断。
图5 电池组模块及排气通道示意图：(a) 气体可以很容易地进入排气通道，并且被气体传感器检测到；(b) 排气通道横切面图，排气从左侧进入，气体传感器和膜位于右侧
气体传感器不仅能用于气体监测，还可对锂离子电池热失控有毒气体产物进行定量分析。张青松等利用耦合的气体传感器阵列系统在线监测循环老化锂离子电池热失控全过程释放气体浓度变化。该系统包含多个气体传感器，组成如下：CO、CO2传感器串联后与串联的O2、SO2、HF、HCN和CH4传感器并联。将上述传感器系统和电池热滥用密封实验装置组合成一套锂离子电池热失控实验平台，如图6所示。电池热滥用密封实验装置顶端的一个出气孔和底部进气孔配合，采用真空泵作为动力牵引，使装置内气体形成一个闭合的外气路循环。
图6 实验平台示意图
实验开始后，传感器阵列系统能快速捕捉到目标气体信号及其浓度随时间变化情况，可对电池滥用全过程释放气体情况进行监测，有助于了解电池热失控时内部发生的反应。作者根据相关标准，结合测试数据，对不同老化程度电池热失控后混合气体的毒性进行了评估。实验还发现所有老化电池在安全阀打开后均捕捉到CO、CO2和CH4气体增长信号，CH4上升信号最明显。这也佐证了气体传感器比较灵敏、准确地监测到锂离子电池热失控事件，可用于锂离子电池热失控早期预警和应急管理。
综合以上分析可知，气体传感器在锂离子电池热失控气体产物检测及分析中具备以下优点。一是气体传感器的检测速度快、灵敏度高，能较为方便地实现气体实时在线分析；二是气体传感器选择性高、检测范围宽，特别适合特定高浓度气体产物的准确测量，如用于CO、CO2、O2等主要气体产物的定量检测；三是气体传感器的价格经济、操作方便、可检测的气体种类多，可根据检测需要灵活配备不同数量、不同类型传感器。因此，采用传感器阵列对锂电热失控产生的主要气体进行分级检测分析，是气体传感器在锂电热失控研究中的热点。但气体传感器除了具有上述优点外，也存在较多缺点，例如气体传感器的工作性能易受温度、湿度、气流等环境因素的影响，不同气体之间还可能会存在交叉检测干扰，因此其稳定性和可靠性相对不高，不适用低浓度气体的精确测量；另外，气体传感器的高选择性特点决定了一种传感器一般只能检测一种气体，需要检测多少种类气体，就须配备相应数量的传感器，这限制了其在多种物质检测分析中的应用。
2.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
FTIR的分辨率高、波数精度高、灵敏度高、扫描速度快、光谱范围宽，且具有多种智能处理能力，已经成为物质鉴别和分析的最常用技术手段之一，被用于锂离子电池热失控气体产物的定性和定量测定。
Ribière等在进行离子电池火灾危害研究时，利用FTIR检测和量化锂离子电池热失控燃烧气体产物中的可燃和有毒成分。电池燃烧发生装置如图7所示，装置主体部分是一个燃烧室(石英管)，电池被放置在燃烧室内的不锈钢笼子中。实验时，空气被风箱送入燃烧室内(模拟室外火灾条件)，红外加热器点燃点火器，电池随后被点火器引燃，气体产物从燃烧室进入上部管道后和稀释的空气混合，被在线检测分析后排出管道。
图7 电池火灾实验装置示意图
实验中共有2台FTIR光谱仪用于气体的检测，前者检测CO和CO2，后者检测卤化氢、HCN、NOx、SOx和醛等。分别对不同荷电状态(state of charge, SOC)下的电池燃烧产物进行了检测。实验结果显示，FTIR可以快速识别并实时提供CO和CO2的产量，检测数据可用于评估电池燃烧的效率。FTIR还提供了电池热失控产物的毒性参数，红外光谱图出现了5种主要有毒物质(CO、NO、SO2、HCl和HF)的图谱，基于FTIR光谱测定这5种物质的定量模型，得到不同实验条件下气体产量分别随时间和电池SOC变化规律图。上述结果表明FTIR可以在线分析气体，检测数据既可为电池火灾模拟提供参考，也可识别和量化有毒排放物，因此，FTIR技术可为锂离子电池安全性的改进发挥重要的作用。
多个文献强调了热失控气体产物中氟基化合物的安全问题，特别是在电动汽车和混合动力汽车大规模应用的情况下。Andersson等对锂离子电池释放出的HF、POF3和PF5进行研究时，认为FTIR技术具有下列优点：① 3种物质在红外光谱中都有较强的吸光度，得到的光谱图中也没有其他波段光谱信息的干扰；② FTIR能同时检测多种气体，且不会出现气相化学平衡的干扰。然后作者利用FTIR检测锂电火灾实验中HF、POF3和PF5。实验装置中的气体检测系统包括一台FTIR光谱仪、一个样品池、采样线、在气池前去除固体颗粒物的过滤器和一个泵。研究发现，所有实验条件下POF3和HF的特征光谱都很容易被观察到，并能与溶剂光谱区分开来，证明了FTIR技术对这些物质的识别是清晰可辨的，但PF5没有被检测到；FTIR光谱还能体现不同物质生成的先后顺序，文中POF3出现的时间早于HF，但HF的浓度始终显著高于POF3的浓度，该检测结果可为气体的生成机理研究提供数据。这篇文献提供了一个利用FTIR对锂电释放出的3种氟化物进行准确检测分析的方法，可为建立其他类似气体产物的分析方法提供参考依据。
综上所示，可以看出FTIR技术能快速高效地得到样品光谱图，可实时在线连续检测气体成分及浓度变化，实现对气体的原位监测，稳定性和安全性都较好，应用范围广泛。但面对十分复杂的锂离子电池热失控气体产物时，FTIR技术会存在一些问题：① FTIR技术对那些具有容易识别特征吸收峰的物质才能准确检测，没有特征基团吸收的物质则无红外信号，不能检测，例如O2、H2等双原子分子；②相关文献报道中利用FTIR检测的都是浓度相对较高的小分子物质，缺乏对大分子物质的鉴定，原因可能是大分子气体产物的浓度普遍较低且结构相似，导致吸收峰弱且相互重叠，在FTIR谱图上不易被鉴别；③ FTIR的谱图比较复杂，工作人员需具备较高的专业知识背景才能进行处理和分析，提高了仪器使用门槛，且出现主观误差的可能性相对较大；④ FTIR对工作环境要求较高，温度和湿度等测试条件出现波动，谱图则会有较大变化，对于CO2和H2O等气体，易受空气中相同成分的信号干扰；⑤ FTIR可以分析多种物质，但不适合同时进行多物质检测，因容易出现光谱重叠现象，相互干扰严重，论文中利用FTIR同时检测的气体种类一般都是在5、6个，如果检测对象增多，则增加仪器的数量，例如文献[54]。FTIR存在上述不足之处的一个重要原因就是该技术无法对样品进行分离，得到的是全部物质的红外谱图，物质种类越多，谱图越复杂，越难提取有用信息。能将样品中的检测对象分离开来并分别进行鉴别分析的技术，更适合锂电热失控复杂产物的研究。
2.3 气相色谱(GC)
GC具有分离能力强、灵敏度高、选择性好、性能稳定、适用性广等特点，非常适合复杂样品中气体、挥发性物质及半挥发性物质的检测分析，在锂离子电池热失控气体产物的研究中有大量应用。
Koch等对大型汽车锂离子电池热失控气体进行了综合分析。电池被放置在一个气密性很好的高压釜中引发热失控，图8为高压釜的截面示意图。高压釜的盖子(2)上设计有多个进料孔(4)可用于高压釜内外设备之间的连接，锂离子电池(6)被夹在两个夹具(5)之间，夹具具有加热功能，可引发热失控反应。
图8 高压釜截面示意图(为了更好地观察锂离子电池，两个夹具/加热板中只有一个被展示出来)
实验结束后先进行气体采样，然后利用GC对气体样品进行分析，N2、H2、CO和CO2的检测按照DIN 51872-04-A标准(德国气体检测标准)，CH4、C2H6、C3H8、C2H4和C3H6的分离检测则采用顶空GC配备FID检测器方法。对得到的样品色谱图进行解析，有7种气体被探测到，GC定量检测结果显示其浓度分布与以往的文献报道基本一致，说明GC技术对锂离子电池热失控气体产物的检测结果是稳定可靠的。通过对不同实验条件下的GC检测数据进行综合分析，还发现气体产物的组成和浓度变化与电池的容量和能量密度相关。
Kennedy等采用GC研究了更为复杂的锂离子电池热失控实验，设计了一个如图9所示的电池热失控装置。电池被夹具固定在装置内，所有的电池被夹在两个铝块之间，利用不同长度的螺栓和垫片可以调整电池的数量，在铝块和第一层电池之间加了一层隔热材料来防止热量向铝块方向流失，加热器被放置在隔热材料中，只与第一层电池接触，图10显示了装置内部示意图，电加热器位于右侧。该装置对于单电池和电池组的实验都能适用，电池组里其他电池的热失控由第一层电池诱发。
图9 锂离子电池排气装置
图10 电池阵列的等距视图(左)、俯视图(右上)和前视图横截面(右下)
研究者设定了可能的检测对象并使用这些气体的标准物对GC进行校准，然后分别对3种SOC的单电池和电池组热失控产气组分和浓度进行了GC检测并对检测数据进行了讨论。文章利用GC考察了不同SOC状态下单电池和电池组热失控释放气体特性，得到了较有价值的实验结果，但同时存在较多问题，例如低SOC下得到的很多检测数据重复性不高，C3H6和C3H8的色谱峰发生了重叠，甚至还有一定体积产物不能被GC分离检测等。
上述文献报道中存在的一些问题，除了实验方法设计得不够完善以及人为操作误差外，还与GC技术本身的局限性有关，虽然GC在复杂样品分析中具有极大的优势，但其优点主要体现在对混合物的高效分离方面，其在物质定性方面能力有限，因不同物质在同一色谱条件下，可能会具有相近或相同的保留值，对未知样品的定性可能会出现较大误差，需要利用已知物或已知数据与相应色谱峰进行对比才能获得准确结果，这意味着利用GC只能分析气体产物中的已知成分，不适用未知成分的检测。另外，GC分析的物质种类越多，需要的标准物就越多，因此，文献中利用GC分析的待检物质一般不超过10种，但实际热失控气体产物的种类远超这个数字。与前两种技术一样，只采用GC技术也很难对气体产物进行全面详尽的分析，已有学者的研究成果证实了这一结论。另外，锂电热失控气体产物种类很多，若对这些复杂混合物进行较为全面的分离，需配备较长的色谱柱，这会导致GC检测分析时间明显变长，不利于气体产物的实时分析。
2.4 气相色谱-质谱联用(GC-MS)
通过与其他技术联用，GC检测技术存在的主要问题可得到较好的解决，例如GC-MS技术，其结合了色谱技术的高效分离优点和质谱技术的定性能力强长处，几乎可以检测出所有的化合物，可在短时间内实现多组分混合物的准确、完全分析，是目前应用最广泛的物质鉴定和分析技术。已有多个文献报道将GC-MS应用于锂离子电池热失控气体产物的检测分析。
Liao等研究了不同SOC下商用NMC电池热滥用排气行为，热失控反应室如图11所示，它包括一个不锈钢高压腔室，腔体一侧是观测窗，另一侧是排气口。实验结束后，采集气体样品并用GC-MS对热失控气体成分进行全面分析。
图11 密闭高压釜示意图
测试结果证明了GC-MS技术强大的检测能力，与其他检测技术相比，GC-MS能检测出更多的气体组分，能提供不同实验条件下热失控过程中产生的最完整和最新的气体成分列表，文中4种不同SOC状态(5%、50%、90%和100%)下释放的气体成分数目分别是6种、10种、15种和25种。另外，与以前的文献报道相比，还检测出了新的气体成分，如C4H8、C5H10。
Zhuang等利用GC-MS研究了锂离子电池热失控不同阶段的气体产物，作者搭建的实验平台如图12所示，包括3个部分：电池热失控实验平台、实验参数测控平台、热失控气体产物成分分析平台。电池热失控实验平台呈圆柱形，顶部和底部材质是不锈钢板，底部有开口，主体部分是一个石英管，待测电池两侧固定好加热器和热电偶后放置在石英管内，并通过热失控实验平台底部连接到实验参数测控平台，实验生成的气体通过微型真空泵和自动取样器被实时输送到热失控气体产物成分分析平台。
图12 锂离子电池废气成分实验分析平台原理图
热失控气体产物成分分析平台是一套GC-MS系统，整个GC-MS分析时间为60 min，以便在保证基线稳定性的同时达到最佳分离效果。在诱发电池热失控过程中，基于电池泄气口破裂和最高温度峰值两个明显的时间节点，将整个热失控过程划分为3个阶段，从中选择不同的时间点，进行GC-MS在线检测和分析。在第一阶段，气体泄漏尚未发生，GC-MS没有检测到相关数据。在第二阶段，从GC-MS谱图上可以观察到有大量气体释放出来，5%、25%、50%、75%和100%SOC状态电池分别检测出4种、27种、23种、28种和31种气体，并根据谱图峰面积积分计算出各组分的含量。在热失控第3阶段，严重热失控现象已经结束，大部分气体浓度下降。本实验平台集成性较好，对热失控3个典型阶段的排气分别进行了在线GC-MS分析，检测出的数据丰富而全面，能较为真实地反映热失控过程中的气体特性。但文中检测出的大部分气体没有被详细解析，提取这些气体的特征信息并进行分析，对进一步了解锂离子电池热失控危害性具有重要意义。在现有的检测技术中，GC-MS所能鉴定出的物质种类是最多的，如何将大量检测数据进行全面深入分析、综合有效利用是研究者面临的又一个挑战。
GC-MS是分析复杂未知物最有效的技术手段之一。一方面，它能直接确定化合物的化学式和分子结构，定性不需要标准物且结果准确可靠，可实现多物质的同时检测；另一方面，该技术的灵敏度高、检测限低，低含量锂电热失控气体产物也能被准确检测分析。在当前的锂电热失控气体产物研究中，针对未知的多产物检测，基本都采用GC-MS技术。但GC-MS也存在一定的局限性。首先，GC-MS检测时间相对较长，对复杂混合物的检测最快也要十几分钟才能完成，无法实现气体产物的原位实时分析；其次，现代GC-MS仪器多采用毛细管柱，而毛细管柱会与HF发生反应，不能用于HF的测定；最后，因空气和载气碎片的影响，GC-MS技术对分子量小于40的物质进行检测时会有一定的本底干扰。因此，要充分了解每种技术的优缺点，针对研究对象实际情况和想达到的研究目的，选择最适宜的分析技术。
2.5 其他技术
除了上述的几种常用检测技术以外，还有其他技术手段也被应用于锂离子电池热失控气体产物的分析。
2.5.1 拉曼光谱
拉曼光谱是一种利用样品分子与特定波长的光相互作用的特性来进行分析的技术，该技术可同时对除单原子气体以外的所有气体进行非接触、无损伤的检测，已经吸引了较多的关注。
Gerelt-Od等通过拉曼光谱原位分析了处于充电状态的锂离子电池在日常温度环境中释放气体的情况。研究者自制了一种不锈钢拉曼实验装置(拉曼电池)，如图13(a)所示，其由腔体和盖子组成，腔体内部有两个通道，φ1是气体产物输出通道，φ2是气体产物信息采集通道，激光可以透过玻璃窗进入φ2通道。待测电池电极表面钻孔后被插入腔体内，小孔对准φ1通道，整个组装过程在温度为(25±1) ℃的控制室内进行，且须在电池钻孔后1 min内完成。将组装好的拉曼电池使用如图13(b)所示的电池循环装置进行充电，充电过程中生成气体产物的拉曼信号由原位拉曼分析系统采集，如图13(c)所示，该系统主体是一台原位拉曼仪器。
图13 实验过程示意图：(a) 拉曼电池示意图；(b) 在5 ℃、35 ℃、45 ℃条件下充电；(c) 原位拉曼分析示意图
为验证拉曼光谱的检测效果，在开始实验前对电池样品进行拉曼测试，测试结果与标准物谱图进行比较，二者中每种气体的波段几乎一致，证明了拉曼光谱测量技术是高度可信和可靠的。将实验得到的拉曼光谱进行综合分析，发现H2的含量会突然增大，产生的累积压力会给大型电池带来严重的安全问题。在本实验所有测量条件下，拉曼光谱都能迅速实时监测待测气体的浓度变化，为锂离子电池安全分析提供有效数据。该技术只需透过安装在拉曼电池外侧的玻璃窗对气体产物进行激光散射就能实现对气体的瞬态原位测量。与其他技术方法相比，其优点在于不需要采集气体，不会干扰电池内部反应，可以获得高质量的数据，实验过程中信号的稳定性也证明了方法的可靠性。但拉曼信号比较弱，导致拉曼光谱技术对气体的检测限相对较高，当前拉曼光谱在气体检测方面的具体应用技术还不够成熟，相关仪器的价格也偏昂贵，这些因素都限制了其应用范围。
2.5.2 离子色谱(IC)
IC属于高效液相色谱的一种，具有一般液相色谱的所有优点，可同时准确测定多种离子，但不能直接检测气体，只能利用溶液将气体吸收转化为离子后进行测定。
Diaz等利用FTIR分析锂离子电池在机械处理和热处理过程中产生的废气时，因废气中含卤物质毒性较大且含量较高，所以，针对气体产物中氟和氯的含量，又进行了额外的IC测量。具体方法是先利用含有吸收液的洗涤瓶收集产物样品，然后采用IC分析样品中氟和氯的浓度。最终，IC的检测结果不仅验证了FTIR的测试结论，还发现不同环境气氛对卤化物的产量有较大影响。研究者利用IC对FTIR检测到的含卤物质及其含量进行进一步的验证，增加了实验结果的可靠性，并获得了更多的数据信息，实现对样品的全面深入分析。但IC技术只能检测离子的特点决定了其在锂离子电池热失控气体产物检测分析中的应用范围较小，基本只用于验证和补充测试。
2.5.3 复合气体分析仪
复合气体分析仪是一种将各种气体传感器综合集成的技术，专门用于多气体成分和含量的检测，能实现对混合气体的自动化和智能化快速、连续在线检测。
Liu等对大尺寸磷酸铁锂电池热失控及着火行为进行实验研究，试验装置的原理图分别如图14和图15所示，电池、加热板和隔热板被固定好后放入燃烧室内进行热失控实验。气体产物通过燃烧室上部的排气罩进入采样管道，在管道内与环境空气混合，并通过气体分析仪在线定量检测混合物中的O2、CO和CO2。
图14 实验装置示意图
图15 锂离子电池的固定方式示意图
气体分析仪能实时检测出上述气体及其在不同实验条件下的含量，在此基础上采用耗氧量法计算出热释放速率，得到的结果为锂离子电池的安全应用提供了数据参考。气体分析仪综合了气体传感器的优点，能准确快速对气体进行定量检测，但受制于配备的气体传感器个数，一种气体分析仪能检测的气体种类有限，本文所需的其他气体数据需要通过FTIR光谱仪测量，这就限制了气体分析仪的应用范围，一般需要和其他检测方法配合使用；与气体传感器相比，气体分析仪不仅成本高，而且传感器类型固定，不能根据检测需求灵活选择适宜的传感器；另外，为防止气体信号之间的交叉干扰，需提高仪器校准和标定的要求。
和复合气体分析仪具有类似功能的技术还有烟气分析仪，该仪器中不仅具有气体传感器，还配备了温度、压力等多类型传感器，能实现气体成分、含量、温度、压力、湿度、流量等多个参数的测量，适合锂离子电池热失控产生烟气的特性及相关灾害分析研究。除此之外，有研究者采用中子成像技术直接观察了不同电极材料的锂离子电池在运行过程中的气体逸出情况，采用X射线计算机断层成像技术研究硅负极在电池循环中的产气情况，X射线断层扫描和中子断层成像等技术提供了对电池内部热失控气体的直观呈现方式，但无法对气体进行组分检测和定量分析。差分电化学质谱(DEMS)由于其基于电压的特性，可以实时测量和推测气体的产生，然而，DEMS需要使用定制的电化学电池，其与商用电池相比具有不同的工作性质，不适合用于商用锂离子电池热失控气体产物的研究。
2.6 技术组合
针对现有气体检测技术优点和不足，许多学者将两种或两种以上技术进行组合使用，综合每种技术的优势，弥补存在的缺点，已有大量相关文献发表。
Willstrand等考察了不同热失控触发方式和不同测试条件对大型锂离子电池气体释放测量的影响。热失控实验装置有密闭型和开放型两种。密闭型装置如图16所示。热失控结束后，利用GC和复合气体分析仪对采集的气体进行分析，两种仪器都使用与热失控预期气体相似的合成气体混合物进行校准。
图16 用于惰性气氛下热失控试验的密闭装置
开放型装置如图17所示，由排气管道、集气罩及其下方的钢网笼组成。采用FTIR对热失控产物进行在线气体含量分析，此外，在平行采样线上还使用NDIR传感器分析了CO2和CO的浓度。
图17 热失控开放型装置
在封闭装置中对电加热触发方式得到的气体产物进行检测，GC和气体分析仪对同样气体的测试结果是一致的，即电池SOC对气体产量有巨大影响，其他热失控触发方法得到的实验结果也是如此。在开放装置内进行的实验中，FTIR和NDIR传感器对CO和CO2的检测结果都表明，以1 ℃/min速度升温的整体电加热触发方式引发的电池热失控燃烧效率最低。FTIR仅在部分实验中检测到少量HF，而FTIR校准的其他有毒气体，如SO2、NO、NO2、HCl和HCN，在该研究中没有被检测到或无法量化。该文献的研究成果填补了大型锂离子电池相关实验数据的空白，研究者利用不同的仪器对电池热失控产物进行检测分析，不同仪器的测量数据相互验证和补充，提高了数据的准确性和完整性，为大型锂离子电池安全测试和评估提供了支撑。文章的不足之处在于一些重要有毒气体没有被检测到，而这些气体已被多个文献报道证实是存在的，仪器无法对这些气体进行识别量化的原因可能是有未知物对这些化合物产生了光谱重叠干扰。文中选择的几种仪器均是需要提前预测待检对象并用其标准物进行校准才能实现目标气体的准确测量，但锂离子电池热失控气体产物具有成分复杂、种类繁多的特点，若提前限定待测对象，一方面可能会出现重要未知物漏检情况，另一方面也可能会出现无法预测的检测干扰现象。
以上分析不仅证明了在锂离子电池热失控气体产物检测分析中，多种仪器组合联用的重要性，也说明在选择仪器时要结合自身需求，全面考量仪器的适用范围和特点，才能得到最佳检测方法。大量的文献报道证实，GC-MS可实现特别复杂样品的全面定性和定量检测，且灵敏度高、准确度好、抗干扰能力强，与其他仪器组合后非常适合锂离子电池热失控气体产物的检测。
Sun等综合利用GC-MS、气体分析仪和IC分别对4种正极材料的商业化18650电池在不同SOC下的热失控气体产物进行了详尽的毒性分析。锂离子电池热失控实验在一个不锈钢燃烧箱中进行，电池热失控通过火焰加热的方式引发，电池气体泄漏过程结束后，立即采用GC-MS在线检测产物中的挥发性有机物(VOCs)，同时采用多气体监测仪对排放的CO进行监测，再将收集的混合气体分为两部分，一部分样品用于CO浓度的进一步准确测量，另一部分样品被IC检测，用来确定CO2、POx和HF的含量。通过GC-MS化学鉴定系统对气体产物的分离和检测，共发现100多种有机化合物，其中许多有毒物质是新发现的，再次证明了GC-MS对复杂混合未知物的强大鉴别能力，多气体监测仪和IC也准确检测到目标气体并测出其含量。作者根据得到的有机和无机气体浓度数据详细分析了电池材料和电池特性对热失控产物毒性的影响。文章针对不同类型的气体产物，选择了不同的检测技术，得到气体数据较为完整。通过这种有毒化合物综合检测技术建立了锂离子电池燃烧产物毒性谱图库，完善了锂离子电池热失控危险性综合数据库，但研究者仅对VOCs等进行了半定量检测，没有利用标准物对重要有机毒物进行准确定量，不利于对气体产物毒害进行深入研究。因此，不仅要选择合适的检测技术，还要对技术进行充分开发和利用，才能获得更多的电池安全相关数据。
通过对上述各种技术方法的分析可知，每种技术在锂离子电池热失控气体产物检测中都具备一定的优势，有着不同的应用范围，但这些技术手段也均存在不足，表1总结了这些检测技术的优缺点。
表1 不同锂离子电池热失控气体产物检测分析技术的优缺点
3 锂离子电池热失控气体产物的相关研究
3.1 产气机理研究
对锂离子电池热失控反应中气体产物的生成机制进行追溯一直是研究的热点。基于锂电热失控气体产物的生成机理，有助于从电池材料选择、工艺设计和制造等方面提出预防和预警热失控发生的切实有效策略。
Gachot等根据电解质溶剂的热解产物类型推理产物的形成路径和涉及的反应，用以研究电解质溶剂在负极表面的热解机理。作者将检测出的气体分为酯类、碳氢化合物、醚类、碳酸盐类和醇类，研究发现，这些产物基本都是由2种类型的反应生成，一是线性或环状碳酸盐还原反应，二是亲核反应。如图18所示。
图18 电解质溶剂(EC、DMC)的热分解机制
文章通过对气体产物的生成机理研究，提出了一种新的电解质溶剂分解机制，揭示了电池循环和老化过程中负极SEI膜的二次形成过程和再分解过程，以及一些可溶性分子形成的过程。后续的研究报道支持了上述的部分结论，即在电解液溶剂分解过程中，线性或环状碳酸盐还原反应生成了大部分的化合物，并且还强调这些反应机制基本不受电极材料等环境因素的影响一直存在。Yang等则研究了锂离子电池中电解质溶剂与金属锂反应和天然石墨在不同SOC状态下的热分解反应。通过对气体产物的检测分析，推断了锂与EC的反应路径及石墨在不同温度下的分解路径，并发现上述反应会生成大量热量，加速了电池热失控反应。
3.2 气体成分和产气量的研究
研究证实，锂离子电池的产气问题是影响电池安全及使用寿命的关键问题之一，对不同条件下电池热失控气体的成分、排放量及影响因素进行研究可为更好地了解锂离子电池性能，保障电池安全提供理论指导。
Kumai等很早就研究了3种正极材料的电池在正常充电和过充条件下的产气行为。结果表明，在正常循环条件下，所有电池的气体种类是相同的，而在过充条件下正极材料的类型对气体种类和数量有显著影响。Sturk等考察了电池种类对气体释放量的影响。实验结果证实，与LFP电池相比，NMC/LMO电池生成的气体总体积和CO2量要高很多，但二者释放的HF绝对量大致相同，但因LFP电池生成的总气体体积较小，导致NMC/LMO电池产物中HF的相对浓度要高得多。其他学者的研究也具有相似的结论，即不同正极材料电池热失控产物的主要成分基本一致，但总排气量和每种气体的产量比例不同，一般都是LFP电池的总产气量相对较低。
研究发现电池的SOC也会引起产气特性的变化，随着电池SOC的增加，电池排出的气体种类和主要气体成分的含量都会增加。对于烃类产物和电池SOC的关系，有学者指出C2~C6烃类的总含量会随着SOC的增加而增加，其中，不饱和烃的含量会先降低后增加，而烷烃的含量呈现相反的趋势，产生大量的不饱和烃会导致排气爆炸极限范围增大。电池容量和能量密度也被证明会显著影响热失控排气行为，较高的能量密度和容量会生成更多的气体，导致更早和更严重的热失控反应。
3.3 燃爆危险性研究
火灾和爆炸是锂离子电池热失控产生的最直接也是最大的危害。关于热失控排气的燃爆危险性研究与锂离子电池的安全使用和发展密切相关，引起了大量的关注。
张青松等考察了环境压力对锂电池热失控产气及爆炸风险的影响，发现随着环境压力的升高，爆炸下限上升，爆炸上限降低，爆炸范围缩小。原因是随着压力升高，气体产物中CO2含量增加，不饱和烃含量减少，CO2可抑制爆炸的产生，不饱和烃反应活性大，是影响热失控气体爆炸极限范围的主要因素。研究结果可为锂离子电池在航空领域安全性研究提供理论依据。文献[56]也支持了惰性气体会影响锂离子电池热失控混合气体产物爆炸下限的结论，但不同之处在于，该文章认为影响混合物爆炸上限的主要是H2，而不是不饱和烃。Chen等指出随着电池SOC的增加，气体的爆炸下限呈现先增大后减小的趋势，60%SOC电池的爆炸下限最高，100%SOC电池的爆炸下限最低，具有发生热失控的高风险。
在开放空间和有限空间中，锂离子电池安全应急措施是不同的，需要对这两种环境条件进行比较研究，深入了解锂离子电池在不同环境中的热失控风险。有报道对密闭空间和开放空间内的锂离子电池爆炸特性进行了比较，发现在封闭条件下，锂离子电池容易出现破裂，50%SOC是室内气体爆炸的临界电池SOC；而在通风条件下，增大的气流会减弱瓦斯爆炸的危险性。根据研究结果，作者提出在有限的封闭空间中进行通风可以有效减弱爆炸危险性。
3.4 毒害研究
锂离子电池热失控的另一个严重风险因素就是有毒气体的排放，特别是在相对封闭环境中会对人员产生更大的伤害。对气体产物毒性进行检测分析和风险评估，既可为消防应急救援提供理论支撑和参考，也有助于电池安全材料的优化设计。
Ribière等认为较大电池生成的气体产物才能产生一定的毒害效果，但达到HF毒性阈值所需的电池能量相对并不大。有研究人员曾将小型电池滥用试验中得到的HF含量数据外推到一辆10 kWh汽车动力电池组上，得到的数据比人体可接受的HF短时间暴露水平要高。如果外推到更大能量的电池系统，如小型固定式储能系统，会有更严重的毒性风险，虽然这些估计是基于外推，但仍强调了HF带来的相关风险。对循环老化三元锂离子电池热失控气体进行毒性初步分析，发现CO和CO2的危害较大，而HCN、HF和SO2的浓度较低，危害性较小。还有研究者通过XFED(窒息性气体毒性累积效应)来评估真实规模的电动汽车的火灾毒性。结果证实电动汽车锂离子电池火灾的气体毒性是非常严重的，研究还发现XFED值受空气更新率的影响，据此，作者列出了最小新风更新次数，为电动汽车车库的通风管理提供指导和建议。
锂离子电池热失控释放出的有机毒物对环境和人体产生的危害也不能忽略。文献[69]专门针对锂离子电池热失控有机毒物进行了分析研究，作者根据相关标准，将有机毒物进行毒性分级，为毒害研究和毒物防护提供参考。该文章还发现有毒排放物与电池材料和SOC密切相关，100%SOC的LCO电池产生的毒性威胁相对最大，0%SOC的LFP电池相对最安全。
3.5 监测预警研究
对电池热失控过程中生成的气体进行监测分析，可为锂离子电池在运输及工作过程中的热失控早期防控及预警提供理论基础。为选择合适的气体并将其用于预警实验，许多学者做了大量的研究工作。
Jin等探究了多种气体在LFP石墨电池组热失控预警中的可行性。实验开始后，H2、CO、CO2依次被检测到，且浓度变化范围大，因此都可以作为特征气体进行热失控预警。其中，H2是第一个被监测到的气体，根据实验结果，作者开发了一种基于H2捕获的灵敏检测方法，用于锂离子电池早期安全预警。文献[49]和[77]都认为CO2的预警响应时间快，可在热传播之前及时检测到电池的热失控，能实时监测电池内部热故障。但文献[48]发现在选定的特征气体中，CO2出现的时间最滞后，其他几种气体均能快速出现明显的信号值变化。作者最终选定CO和VOCs传感器耦合了一套多参数分级预警系统，并应用于非整车验证试验，结果反馈良好。文献中出现不同结果的原因，可能是CO2在空气中浓度较高，易对实验结果产生干扰，导致有些研究者需要更长时间才能观察到气体浓度的显著变化，即出现信号滞后情况。因此，实际过程中更多采用CO和H2作为监测信号。王志荣等基于高灵敏度的气体传感器发明了一项锂离子电池热失控自动报警专利，该专利对H2和CO浓度的测量范围是100～1000 ppm(1ppm=10-4%)，两种气体的报警浓度都是120 ppm，该专利通过对H2和CO的实时浓度监控实现了对锂离子电池热失控的早期预警。
4 锂离子电池热失控气体产物研究中检测与分析技术选择
对关于锂离子电池热失控气体产物研究的文献进行总结，如表2所示，分析文献及表2发现以下特点。在研究内容方面，一是在监测预警研究中基本都采用气体传感器技术，二是GC-MS应用于除监测预警研究外的其他所有研究，且其应用最广泛(涉及文献最多)；在检测对象方面，一是GC-MS技术能检测的气体种类最多，并且只要是大分子有机气体产物分析，均采用该技术，二是基本所有的技术都能检测小分子气体，但采用GC-MS分析小分子物质时容易出现干扰现象。监测预警研究中均采用气体传感器技术的原因如下，通过气体参数进行锂电热失控监测预警，一般首选几种释放最早、含量最高的气体产物，如CO2、H2、CO等，这些气体对应的传感器发展成熟，精确性和灵敏度很高，与其他技术相比，气体传感器还具有选择性高、体积小、成本低、操作简便、可灵活搭配等优点，是进行气体监测的最佳选择。GC-MS的广泛应用由其在复杂混合物分离、定性和定量方面的突出优势决定，与其他技术相比，其不仅检测的物质种类最多，且精确度高、检测限低，能检测ppm甚至ppb级含量的物质。在所有技术中，GC-MS+气体传感器技术组合能为锂电热失控气体产物的研究提供相对最全面、最准确的数据，GC-MS检测种类最多、含量较低的中、大分子化合物，气体传感器专门分析一些含量高的无机及有机小分子气体。随着对锂电热失控气体产物的研究越来越深入全面，对气体相关数据的要求也越来越高，因此，在通常情况下，GC-MS+气体传感器组合技术是进行其他研究的最佳选择。
表2 文献中关于锂离子电池热失控气体产物研究的总结
总之，研究者在对每种检测技术进行充分了解的基础上，根据研究内容的需要，选择合适的技术手段得到丰富有效的检测数据，实现对锂离子电池热失控气体产物全面深入的分析研究，从而减少锂离子电池热失控带来的潜在危害，促进锂电池技术的健康可持续发展。
5 展望
本文对当前锂离子电池热失控气体产物检测和分析技术进行了综述，总结了每种技术手段的应用场景和范围，评价了它们的优缺点。研究者可根据自己的研究需求，扬长避短，结合性价比、操作便利性和可行性等因素，选择合适的技术对锂电热失控产物进行分析。尽管热失控气体产物检测技术发展得相对较为成熟，但仍有许多不足，未来的研究需要从以下方面进行改进、优化和发展。
（1）在锂离子电池热失控产物研究中，不同的研究人员选用不同的检测技术。技术上的差异性可能会导致同一研究对象出现不同的实验结果，降低了数据的可靠性。为促进锂离子电池的安全发展，需要对检测技术进行规范化和标准化。针对相关技术标准的制定情况进行调研，发现此类标准极少，如2024年6月发布了《电动汽车动力蓄电池排气试验方法》征求意见稿，该意见稿推荐H2、O2等共13种常见气体的分析方法为GC，但没有关于GC方法的任何具体说明，如参数、如何操作等，要想提高检测的一致性，还需进一步详细规范。锂离子电池气体产物复杂，针对其他物质检测的技术标准也需要尽快制定，这样才能为锂电的安全评估提供全面可靠依据。另外，该标准仅为电动汽车领域的行业标准，而锂离子电池已基本覆盖社会的所有领域，迫切需要在其他重要领域进行锂离子电池产气检测分析技术的进一步研发和标准化。
（2）对多种未知气体混合物同时进行准确的连续原位动态定性和定量检测可实时得到气体产物的组成、浓度及其变化等信息，能实现对锂离子电池热失控过程和结果的全面深入了解，但当前常用的技术手段无法达到上述检测要求，研究人员需要突破这方面的技术障碍。
（3）锂离子电池热失控气体释放及扩散过程是一个时间和空间上的动态过程，在对气体分布和浓度进行检测时，还应考虑气体浓度动态扩散变化情况，目前涉及这方面的检测很少，这对技术方法的设计实施提出了新的挑战。
（4）除了将传统成熟技术进一步优化发展外，将技术前沿用于气体产物的检测分析也是具有广阔应用前景的发展方向。例如：虚拟仿真技术可以对现实中无法达到或有诸多限制的实验(如热失控气体的释放过程)进行模拟，模拟结果可为实际实验研究提供参考和借鉴；人工智能技术能帮助实验者进行实验技术优化评估和预判，实现对气体产物的智能识别，挖掘和分析大规模的实验数据。已有研究者提出一种人工智能驱动的可穿戴面罩式自修复传感器阵列，该阵列利用简化的单步堆叠技术制备，可用于VOCs气体的检测和识别，检测限低，性能稳定，准确率高，还能连接到智能手机进行气体监测。
（5）关于锂离子电池热失控气体产物危害研究已有不少文献报道，但研究内容上尚有不足，主要包括以下几点：一是研究对象多集中在几种含量较高的气体上，但其他气体产生的危害后果也不能忽略；二是相对于气体定性检测，气体定量分析不够详细、精确，需要加强准确、可操作的产气量或浓度测量技术研究；三是对产物火灾危险性的分析较多，但对产物毒性的关注不够，对密闭和半密闭空间中气体产物的毒性进行讨论是锂离子电池热失控气体产物研究的必要组成部分；四是缺乏热失控气体产物危害防护研究，通过采取有效的防护措施，可以最大程度减少人员暴露在危险气体中的风险，例如可针对有毒气体的特性，发展防护材料，通过吸附、化学转化等手段消除毒性危害。
