Rozwiązania laboratoryjne i przemysłowe wspierają rozwój i produkcję akumulatorów litowo-jonowych, od testowania komponentów po końcową kontrolę jakości akumulatorów.
 |
Innowacyjne rozwiązania analizy termicznej mogą być stosowane do testowania poszczególnych komponentów akumulatorów, takich jak materiały elektrod anodowych/katodowych, separatory, elektrolity i inne. Kluczowymi narzędziami do badania stabilności termicznej akumulatorów, reakcji egzotermicznych i entalpii są różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC),termograwimetria (TGA),analiza termomechaniczna (TMA) i dynamiczna analiza mechaniczna (DMA).
Zagrożenia związane z sytuacjami ucieczki cieplnej, takie jak przegrzanie i możliwa eksplozja, są szczególnie ważne w przypadku stosowania akumulatorów litowo-jonowych w zastosowaniach EV. Bezpieczeństwo baterii jest kluczowym elementem dalszego wykorzystania technologii akumulatorowej w naszym codziennym życiu.
Ten przewodnik zastosowań zawiera przegląd technologii akumulatorów litowo-jonowych. Wskazano w nim jak różne techniki analizy termicznej mogą być wykorzystane w wielu zastosowaniach badawczo-rozwojowych i kontroli jakości.
Poniżej przedstawiono przykłady zastosowań:
- Stabilność termiczna materiału katodowego LiFePO4 w elektrolicie
- Charakterystyka mieszaniny elektrolitów
- Analiza separatorów mikroporowatych metodą TGA i TMA
- Kontrola jakości PVDF metodą TGA i DSC
- Przekształcenie tlenku grafenu w grafen (materiał anodowy)
Typowe zastosowania technik analizy termicznej komponentów akumulatorów
 |
Aby uzyskać więcej informacji na temat składników degradacji z pojedynczego eksperymentu, METTLER TOLEDO TGA lub TGA/DSC można połączyć z odpowiednim systemem analizy gazów. Nowy system może teraz wykonywać analizę uwalnianych gazów (EGA). TGA można połączyć ze spektroskopią w podczerwieni z transformacją Fouriera, spektroskopią masową, chromatografią gazową ze spektroskopią masową lub mikrochromatografią gazową ze spektroskopią masową (odpowiednio spektroskopia FTIR, MS, GC / MS; Micro GC(/MS).
Zasada działania akumulatora litowo-jonowego
Akumulatory składają się z elektrody dodatniej (katody), elektrody ujemnej (anody) i roztworu elektrolitu. Gdy ogniwo się ładuje, katoda (zwykle tlenek litowo-kobaltowy) jest utleniana, a anoda (zwykle grafitowa) jest redukowana. Gdy ogniwo się rozładowuje, dzieje się odwrotnie. Jony Li+ nie biorą udziału w całej reakcji elektrochemicznej i pozostają w stanie utlenionym. T przesuw między anodą a katodą przez dyfuzję przez ciekły elektrolit składający się z rozpuszczalników organicznych, soli litu i różnych dodatków. Separator zapewnia izolację elektryczną anody i katody ale jest wystarczająco porowaty aby umożliwić swobodne przechodzenie elektrolitu i jonów Li+.
Elektrody (anody i katody)
Na działanie i bezpieczeństwo elektrod w dużej mierze wpływa starzenie się wywołane ładunkiem/wyładowaniami oraz degradacja materiału aktywnego katody. Zapewniając precyzyjne pomiary nośność ciepła, temperatur rozkładu i oznaczania entalpii, techniki analizy termicznej są podstawowymi pomocami w badaniach stabilności termicznej.
Separator akumulatorów
Separatory akumulatorów litowo-jonowych mają kluczowy wpływ na wydajność i żywotność akumulatorów, a także na niezawodność i bezpieczeństwo. Muszą być cienkie, aby umożliwić jonom Li+ szybki przepływ między anodą a katodą, ale integralność strukturalna separatora jest ważna, ponieważ jego degradacja może doprowadzić do wewnętrznego zwarcia.
Analiza termiczna służy do charakteryzowania właściwości cieplnych separatorów, zwykle wykonanych z poliolefin (np. PP lub PE). Ograniczenia technologiczne takich membran obejmują odporność na penetrację, skurcz i topnienie. Właściwości te można badać za pomocą termograwimetrii (TGA), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i analizy termomechanicznej (TMA).
Elektrolitów
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) może być stosowana w kontroli jakości do badania składu i zawartości węglanów w roztworach elektrolitycznych, które mają ważne implikacje dla stabilności cykli, gęstości energii i bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych. Metoda DSC dostarcza także informacji o topnieniu i krystalizacji elektrolitu w celu wyznaczenia minimalnych temperatur procesów ładowania/rozładowania.
