Лабораторные и промышленные решения поддерживают разработку и производство литий-ионных аккумуляторов, начиная с тестирования компонентов и заканчивая окончательным контролем качества аккумулятора.
 |
Инновационные аналитические решения для термического анализа могут использоваться для тестирования отдельных компонентов аккумулятора, таких как материалы анодных/катодных электродов, сепараторы, электролиты и многое другое. Важнейшими инструментами для исследования термической стабильности, экзотермических реакций и энтальпий аккумуляторов являются дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), термогравиметрия (ТГА), термомеханический анализ (ТМА) и динамический механический анализ (ДМА).
Риски, связанные с тепловым разгоном, такие как перегрев и возможный взрыв, особенно важны для использования литий-ионных аккумуляторов (LIB) в электромобилях. Безопасность АКБ является ключевым компонентом для дальнейшего использования аккумуляторных технологий в нашей повседневной жизни.
В этом руководстве по применению представлен обзор технологии литий-ионных аккумуляторов и показано, как различные методы термического анализа могут быть использованы для множества научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и контроля качества.
Приведены следующие примеры применения:
- Термическая стабильность катодного материала LiFePO4 в электролите
- Характеристика смеси электролитов
- Анализ микропористых сепараторов с помощью ТГА и ТМА
- Контроль качества ПВДФ с помощью ТГА и ДСК
- Превращение оксида графена в графен (анодный материал)
Распространенные области применения методов термического анализа компонентов аккумуляторных батарей
 |
Для получения дополнительной информации о компонентах, подвергшихся разложению, в ходе одного эксперимента можно использовать МЕТТЛЕР ТОЛЕДО ТГА или ТГА/ДСК с подключенной системой газоанализа. Новая система теперь может выполнять анализ выделяющихся газов (EGA). ТГА может быть подключен к системе инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, масс-спектроскопии, газовой хромато-масс-спектроскопии или микрогазовой хромато-масс-спектроскопии (соответственно Фурье-ИКС, МС, ГХ/МС; Микро ГХ(/МС).
Основной принцип работы литий-ионного аккумулятора
Литий-ионный аккумулятор (ЛИА) состоит из положительного электрода (катода), отрицательного электрода (анода) и электролитического раствора. Когда ячейка заряжается, катод (обычно оксид лития-кобальта) окисляется, а анод (обычно графит) восстанавливается. Когда ячейка разряжается, происходит обратное. Ионы Li+ не участвуют в общей электрохимической реакции и остаются в окисленном состоянии. Они перемещаются между анодом и катодом путем диффузии через жидкий электролит, состоящий из органических растворителей, солей лития и различных добавок. Сепаратор обеспечивает электрическую изоляцию анода и катода, но при этом достаточно пористый, чтобы электролит и ионы Li+ могли легко проходить через него.
Электроды (аноды и катоды)
Производительность и безопасность электродов в значительной степени зависят от вызванного зарядом/разрядом старения и деградации катодного активного материала. Обеспечивая точные измерения теплоемкости, температуры разложения и определения энтальпии, методы термического анализа являются фундаментальными помощниками в исследованиях термической стабильности.
Сепаратор аккумулятора
Сепараторы для литий-ионных аккумуляторов оказывают решающее влияние на производительность и срок службы АКБ, а также на надежность и безопасность. Они должны быть тонкими, чтобы ионы Li+ могли быстро перемещаться между анодом и катодом, но структурная целостность сепаратора важна, потому что его деградация может привести к внутреннему короткому замыканию.
Термический анализ используется для определения тепловых свойств сепараторов, обычно изготовленных из полиолефинов (например, PP или PE). К технологическим ограничениям таких мембран относятся стойкость к проникновению, усадке и расплавлению. Эти свойства могут быть исследованы с помощью термогравиметрии (ТГА), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термомеханического анализа (ТМА).
Электролиты
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) может быть использована при контроле качества для проверки состава и содержания карбонатов в электролитических растворах, которые влияют на стабильность циклов, плотность энергии и безопасность литий-ионных аккумуляторов. ДСК также предоставляет информацию о плавлении и кристаллизации электролита для определения минимальных температур процессов зарядки/разрядки.
