Laboratorijske in industrijske rešitve podpirajo razvoj in proizvodnjo litij-ionskih baterij, od testiranja komponent do končnega nadzora kakovosti baterije.
 |
Inovativne analitične rešitve za termično analizo se lahko uporabijo za testiranje posameznih komponent baterije, kot so anodni / katodni elektrodni materiali, separatorji, elektroliti in drugo. Ključna orodja za raziskovanje toplotnih stabilnosti baterij, eksotermnih reakcij in entalpij vključujejo diferencialno skenirno kalorimetrijo (DSC),termogravimetrijo (TGA),termomehansko analizo (TMA) in dinamično mehansko analizo (DMA).
Tveganja, povezana s toplotnim pobegom, kot so pregrevanje in morebitna eksplozija, so še posebej pomembna za uporabo litij-ionskih baterij (LIB) v električnih vozilih. Varnost baterije je ključna komponenta za nadaljnjo uporabo baterijske tehnologije v našem vsakdanjem življenju.
Ta priročnik za uporabo vsebuje pregled tehnologije litij-ionskih baterij in prikazuje, kako se lahko različne tehnike termične analize uporabijo za številne aplikacije za raziskave in razvoj ter kakovost zraka.
Navedeni so naslednji primeri uporabe:
- Toplotna stabilnost katodnega materiala LiFePO4 v elektrolitu
- Karakterizacija mešanice elektrolitov
- Analiza mikroporoznih separatorjev s TGA in TMA
- Nadzor kakovosti PVDF s strani TGA in DSC
- Pretvorba grafenovega oksida v grafen (anodni material)
Skupne aplikacije za tehnike termične analize komponent baterij
 |
Da bi pridobili več informacij o komponentah razgradnje iz enega samega poskusa, lahko METTLER TOLEDO TGA ali TGA/DSC deljeno vezajem na ustrezen sistem za analizo plina. Novi sistem lahko zdaj izvaja analizo razvitega plina (EGA). TGA se lahko poveže s Fourierevo transformacijsko infrardečo spektroskopijo, masno spektroskopijo, plinsko kromatografijo-masno spektroskopijo ali mikroplinsko kromatografijo-masno spektroskopijo (oziroma FTIR spektroskopijo, MS, GC/MS; Mikro GC(/MS).
Osnovni princip delovanja litij-ionske baterije
LIB so sestavljeni iz pozitivne elektrode (katode), negativne elektrode (anode) in elektrolitske raztopine. Ko se celica polni, se katoda (običajno litijev kobaltov oksid) oksidira in anoda (običajno grafit) se zmanjša. Ko se celica izprazni, se zgodi obratno. Ioni Li+ ne sodelujejo v celotni elektrokemični reakciji in ostanejo v oksidiranem stanju. Potujejo med anodo in katodo z difuzijo skozi tekoči elektrolit, sestavljen iz organskih topil, litijevih soli in različnih dodatkov. Separator zagotavlja, da sta anoda in katoda električno izolirani, vendar je dovolj porozen, da elektrolitom in Li+ ionom omogoča enostaven prehod skozi njo.
Elektrode (anode in katode)
Na delovanje in varnost elektrod v veliki meri vplivata staranje, ki ga povzroča naboj / praznjenje, in razgradnja katodnega aktivnega materiala. Z natančnimi meritvami toplotne zmogljivosti, temperature razgradnje in določanja entalpije so tehnike termične analize temeljni pripomočki pri študijah toplotne stabilnosti.
Ločilo baterij
Separatorji za litij-ionske baterije imajo odločilen vpliv na zmogljivost in življenjsko dobo baterije ter zanesljivost in varnost. Biti morajo tanki, da omogočajo hitro premikanje ionov Li+ med anodo in katodo, vendar je strukturna celovitost separatorja pomembna, ker lahko njegova razgradnja povzroči notranji kratek stik.
Termična analiza se uporablja za karakterizacijo toplotnih lastnosti separatorjev, običajno izdelanih iz poliolefinov (npr. PP ali PE). Tehnološke omejitve takšnih membran vključujejo penetracijsko odpornost, krčenje in taljenje. Te lastnosti je mogoče raziskati s termogravimetrijo (TGA), diferencialno skenirno kalorimetrijo (DSC) in termomehansko analizo (TMA).
Elektrolitov
Diferencialna skenirna kalorimetrija (DSC) se lahko uporablja v QC za preučevanje sestave in vsebnosti karbonatov v elektrolitskih raztopinah, kar pomembno vpliva na stabilnost cikla, gostoto energije in varnost litij-ionskih baterij. DSC zagotavlja tudi informacije o taljenju in kristalizaciji elektrolitov za določanje najnižjih temperatur za postopke polnjenja/praznjenja.
