Laboratorijska i industrijska rješenja podržavaju razvoj i proizvodnju litij-ionskih baterija, od ispitivanja komponenti do konačne kontrole kvalitete baterije.
 |
Inovativna analitička rješenja za termalnu analizu mogu se koristiti za ispitivanje pojedinih komponenti baterije, poput anodnih / katodnih elektrodnih materijala, separatora, elektrolita i još mnogo toga. Kritični alati za istraživanje toplinskih stabilnosti baterija, egzotermnih reakcija i entalpija uključuju diferencijalnu pretražnu kalorimetriju (DSC), termogravimetriju (TGA),termomehaničku analizu (TMA) i dinamičku mehaničku analizu (DMA).
Rizici povezani sa situacijama toplinskog bijega, kao što su pregrijavanje i moguća eksplozija, posebno su važni za uporabu litij-ionskih baterija (LIB) u EV aplikacijama. Sigurnost baterije ključna je komponenta za daljnju upotrebu baterijske tehnologije u našem svakodnevnom životu.
Ovaj vodič za primjenu pruža pregled tehnologije litij-ionskih baterija i pokazuje kako se različite tehnike toplinske analize mogu koristiti za mnoštvo aplikacija za istraživanje i razvoj te za kontrolu kvalitete.
Navedeni su sljedeći primjeri aplikacije:
- Toplinska stabilnost katodnog materijala LiFePO4 u elektrolitu
- Karakterizacija smjese elektrolita
- Analiza mikroporoznih separatora TGA i TMA
- Kontrola kvalitete PVDF-a od strane TGA i DSC
- Pretvorba grafen oksida u grafen (anodni materijal)
Uobičajene primjene tehnika termalne analize komponenti baterije
 |
Kako bi se prikupilo više informacija o komponentama razgradnje iz jednog eksperimenta, METTLER TOLEDO TGA ili TGA/DSC može se povezati s odgovarajućim sustavom za analizu plina. Novi sustav sada može provesti analizu razvijenog plina (EGA). TGA se može povezati s infracrvenom spektroskopijom Fourierove transformacije, masenom spektroskopijom, spektroskopijom plinske kromatografije i masene spektroskopije ili spektroskopijom mikro plinske kromatografije i mase (odnosno FTIR spektroskopija, MS, GC / MS; Mikro GC(/MS).
Osnovni princip rada Li-ion baterije
LIB-ovi se sastoje od pozitivne elektrode (katoda), negativne elektrode (anode) i elektrolitičke otopine. Kada se stanica puni, katoda (obično litijev kobaltni oksid) se oksidira, a anoda (obično grafit) se smanjuje. Kada se stanica prazni, dolazi do obrnutog. Li+ ioni ne sudjeluju u ukupnoj elektrokemijskoj reakciji i ostaju u oksidiranom stanju. Oni putuju između anode i katode difuzijom kroz tekući elektrolit koji se sastoji od organskih otapala, litijevih soli i raznih aditiva. Separator osigurava da se anoda i katoda drže električno izoliranima, ali su dovoljno porozni da omogućuju elektrolitu i Li+ ionima da lako prođu kroz njega.
Elektrode (anode i katode)
Na performanse i sigurnost elektroda uvelike utječu starenje izazvano nabojem/pražnjenjem i razgradnja katodnog aktivnog materijala. Pružajući precizna mjerenja toplinskog kapaciteta, temperature razgradnje i određivanja entalpije, tehnike toplinske analize temeljna su pomagala u studijama toplinske stabilnosti.
Razdjelnik baterije
Separatori za Li-ion baterije imaju presudan utjecaj na performanse i vijek trajanja baterije, kao i na pouzdanost i sigurnost. Moraju biti tanki kako bi se Li+ ioni mogli brzo kretati između anode i katode, ali strukturni integritet separatora je važan jer bi njegova degradacija mogla dovesti do unutarnjeg kratkog spoja.
Termalna analiza koristi se za karakterizaciju toplinskih svojstava separatora, obično izrađenih od poliolefina (npr. PP ili PE). Tehnološka ograničenja takvih membrana uključuju otpornost na penetraciju, skupljanje i taljenje. Ta se svojstva mogu istražiti termogravimetrijom (TGA), diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom (DSC) i termomehaničkom analizom (TMA).
Elektroliti
Diferencijalna pretražna kalorimetrija (DSC) može se koristiti u QC-u za proučavanje sastava i sadržaja karbonata u elektrolitičkim otopinama, koje imaju važne implikacije na stabilnost biciklizma, gustoću energije i sigurnost litij-ionskih baterija. DSC također pruža informacije o taljenju i kristalizaciji elektrolita za određivanje minimalnih temperatura za procese punjenja / pražnjenja.
