Laboratorní a průmyslová řešení podporují vývoj a výrobu lithium-iontových baterií, od testování komponent až po konečnou kontrolu kvality baterií.
 |
Inovativní analytická řešení pro termickou analýzu lze použít k testování jednotlivých komponent baterie, jako jsou materiály anodových/katodových elektrod, separátory, elektrolyty a další.
Mezi kritické nástroje pro zkoumání tepelné stability, exotermických reakcí a entalpií baterií patří diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC),termogravimetrie (TGA),termomechanická analýza (TMA) a dynamická mechanická analýza (DMA).
Rizika spojená se situacemi tepelného úniku, jako je přehřátí a možný výbuch, jsou zvláště důležitá pro použití lithium-iontových baterií (LIB) v aplikacích EV. Bezpečnost baterií je klíčovým prvkem pro další využití akumulátorové techniky v našem každodenním životě.
Tato aplikační příručka poskytuje přehled o technologii lithium-iontových baterií a ukazuje, jak lze použít různé techniky termické analýzy pro řadu aplikací výzkumu, vývoje a kontroly kvality.
K dispozici jsou následující příklady použití:
- Tepelná stabilita katodového materiálu LiFePO4 v elektrolytu
- Charakterizace elektrolytické směsi
- Analýza mikroporézních separátorů pomocí TGA a TMA
- Kontrola kvality PVDF pomocí TGA a DSC
- Přeměna oxidu grafenu na grafen (anodový materiál)
Běžné aplikace technik termické analýzy pro součásti baterií
 |
Chcete-li získat více informací o degradačních složkách z jediného experimentu, lze METTLER TOLEDO TGA nebo TGA/DSC přiřadit k vhodnému systému pro analýzu plynů. Nový systém nyní může provádět analýzu vyvinutých plynů (EGA). TGA lze připojit k infračervené spektroskopii s Fourierovou transformací, hmotnostní spektroskopii, plynové chromatografii-hmotnostní spektroskopii nebo mikroplynové chromatografii-hmotnostní spektroskopii (resp. FTIR spektroskopie, MS, GC/MS; Micro GC(/MS).
Základní princip činnosti Li-ion baterie
LIB se skládají z kladné elektrody (katody), záporné elektrody (anody) a elektrolytického roztoku. Když se článek nabíjí, katoda (obvykle oxid lithný a kobaltnatý) se oxiduje a anoda (obvykle grafit) se redukuje. Když se článek vybíjí, dochází k opaku. Ionty Li+ se neúčastní celkové elektrochemické reakce a zůstávají ve svém oxidovaném stavu. Cestují mezi anodou a katodou difúzí kapalným elektrolytem skládajícím se z organických rozpouštědel, solí lithia a různých přísad. Separátor zajišťuje, že anoda a katoda jsou elektricky izolované, ale je dostatečně porézní, aby jím mohl snadno procházet elektrolyt a ionty Li+.
Elektrody (anody a katody)
Výkon a bezpečnost elektrod jsou do značné míry ovlivněny stárnutím a degradací katodově aktivního materiálu vyvolaným nábojem/výbojem. Techniky termické analýzy, které poskytují přesná měření tepelné kapacity, teplot rozkladu a stanovení entalpie, jsou základními pomůckami při studiích tepelné stability.
Oddělovač baterií
Separátory pro lithium-iontové baterie mají zásadní vliv na výkon a životnost baterií, stejně jako na spolehlivost a bezpečnost. Musí být tenké, aby se ionty Li+ mohly rychle pohybovat mezi anodou a katodou, ale strukturální integrita separátoru je důležitá, protože jeho degradace by mohla vést k vnitřnímu zkratu.
Termická analýza se používá k charakterizaci termických vlastností separátorů, obvykle vyrobených z polyolefinů (např. PP nebo PE). Technologická omezení takových membrán zahrnují odolnost proti průniku, smrštění a roztavení. Tyto vlastnosti lze zkoumat pomocí termogravimetrie (TGA), diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a termomechanické analýzy (TMA).
Elektrolytů
Diferenční skenovací kalorimetrii (DSC) lze v QC použít ke studiu složení a obsahu uhličitanů v elektrolytických roztocích, které mají důležité důsledky pro stabilitu cyklování, hustotu energie a bezpečnost lithium-iontových baterií. DSC také poskytuje informace o tavení a krystalizaci elektrolytu pro stanovení minimálních teplot pro procesy nabíjení/vybíjení.
