Le nostre soluzioni per il laboratorio e per l'industria supportano lo sviluppo e la produzione di batterie agli ioni di litio, dalla verifica dei componenti al controllo qualità finale delle batterie.
 |
Le soluzioni analitiche innovative per la analisi termica possono essere utilizzate per testare i singoli componenti della batteria, come i materiali degli elettrodi anodo/catodo, i separatori, gli elettroliti e altro ancora. Gli strumenti critici per l'indagine sulle stabilità termiche delle batterie, sulle reazioni esotermiche e sulle entalpie includono la calorimetria a scansione differenziale (DSC),termogravimetria (TGA),l'analisi termomeccanica (TMA) e l'analisi dinamico-meccanica (DMA).
I rischi associati a situazioni di fuga termica, come surriscaldamento e possibile esplosione, sono particolarmente importanti per l'uso di batterie agli ioni di litio (LIB) nelle applicazioni EV. La sicurezza delle batterie è una componente chiave per l'ulteriore utilizzo della tecnologia delle batterie nella nostra vita di tutti i giorni.
Questa guida applicativa fornisce una panoramica della tecnologia delle batterie agli ioni di litio e dimostra come è possibile utilizzare diverse tecniche di analisi termica in un'ampia gamma di applicazioni relative a ricerca e sviluppo e controllo qualità.
Vengono forniti i seguenti esempi di applicazioni:
- Stabilità termica del materiale catodico LiFePO4 nell'elettrolita
- Caratterizzazione di una miscela di elettrolita
- Analisi di separatori microporosi mediante TGA e TMA
- Controllo qualità del PVDF mediante TGA e DSC
- Conversione dell'ossido di grafite in grafite (materiale dell'anodo)
Applicazioni comuni delle tecniche di analisi termica per i componenti delle batterie
 |
Per acquisire maggiori informazioni sui componenti di degradazione da un singolo esperimento, una TGA o TGA/DSC METTLER TOLEDO può essere ifenata con un sistema di analisi dei gas adatto. Il nuovo sistema ora è in grado di eseguire l'analisi dei gas svolti (EGA). Una TGA può essere collegata a una spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, a una spettroscopia di massa, a una gascromatografia-spettroscopia di massa o a una micro gascromatografia-spettroscopia di massa (rispettivamente spettroscopia FTIR, MS, GC/MS; Micro GC (/MS).
Principio di funzionamento di base delle batterie agli ioni di litio
Le LIB sono costituite da un elettrodo positivo (catodo), un elettrodo negativo (anodo) e una soluzione elettrolitica. Quando la cella è in carica, il catodo (di solito ossido di litio cobalto) viene ossidato e l'anodo (di solito grafite) viene ridotto. Quando la cellula si scarica, si verifica il contrario. Gli ioni Li+ non partecipano alla reazione elettrochimica complessiva e rimangono nel loro stato ossidato. Viaggiano tra l'anodo e il catodo per diffusione attraverso un elettrolita liquido costituito da solventi organici, sali di litio e vari additivi. Il separatore assicura che l'anodo e il catodo siano tenuti elettricamente isolati ma è sufficientemente poroso da consentire all'elettrolita e agli ioni Li+ di attraversarlo facilmente.
Elettrodi (anodi e catodi)
La prestazione e la sicurezza degli elettrodi sono influenzate in modo considerevole dall'invecchiamento e dal deterioramento del materiale catodico attivo dovuti alla carica/scarica. Fornendo misure precise per la portata del calore, le temperature di decomposizione e la determinazione dell'entalpia, le tecniche di analisi termica sono fondamentali negli studi sulla stabilità termica.
Separatore di batteria
I separatori per le batterie agli ioni di litio hanno un impatto cruciale sulla prestazione e sulla durata delle batterie, così come su affidabilità e sicurezza delle stesse. Devono essere sottili per consentire agli ioni Li+ di muoversi rapidamente tra l'anodo e il catodo, ma l'integrità strutturale del separatore è importante perché il suo degrado potrebbe portare ad un cortocircuito interno.
L'analisi termica viene utilizzata per caratterizzare le proprietà termiche dei separatori, tipicamente realizzati in poliolefine (ad esempio PP o PE). I limiti tecnologici di tali membrane includono resistenza alla penetrazione, restringimento e fusione. Queste proprietà possono essere studiate mediante termogravimetria (TGA), calorimetria a scansione differenziale (DSC) e analisi termomeccanica (TMA).
Elettroliti
La calorimetria a scansione differenziale (DSC) può essere utilizzata nel CQ per studiare la composizione e il contenuto dei carbonati nelle soluzioni elettrolitiche, che hanno importanti implicazioni per la stabilità del ciclo, la densità energetica e la sicurezza delle batterie agli ioni di litio. La DSC fornisce anche informazioni sulla fusione e sulla cristallizzazione dell'elettrolita per determinare le temperature minime dei processi di carica/scarica.
