Laboratorie- og industriløsninger understøtter udvikling og produktion af lithium-ion-batterier, fra komponenttest til endelig batterikvalitetskontrol.
 |
Innovative analytiske løsninger til termisk analyse kan bruges til at teste individuelle batterikomponenter, såsom anode-/katodeelektrodematerialer, separatorer, elektrolytter og mere. Kritiske værktøjer til undersøgelse af batteriers termiske stabilitet, eksoterme reaktioner og entalpier inkluderer differentiel scanningskalorimetri (DSC),termogravimetri (TGA),termomekanisk analyse (TMA) og dynamisk mekanisk analyse (DMA).
Risici forbundet med termiske løbske situationer, såsom overophedning og mulig eksplosion, er især vigtige for brugen af lithium-ion-batterier (LIB'er) i EV-applikationer. Batterisikkerhed er en nøglekomponent til videre brug af batteriteknologi i vores hverdag.
Denne applikationsvejledning giver et overblik over lithium-ion-batteriteknologi og demonstrerer, hvordan forskellige termiske analyseteknikker kan anvendes til en række F&U- og QC-applikationer.
Følgende applikationseksempler er angivet:
- Termisk stabilitet af LiFePO4 katodemateriale i elektrolyt
- Karakterisering af en elektrolytblanding
- Analyse af mikroporøse separatorer af TGA og TMA
- Kvalitetskontrol af PVDF af TGA og DSC
- Omdannelse af grafenoxid til grafen (anodemateriale)
Almindelige anvendelser af termiske analyseteknikker til batterikomponenter
 |
For at få flere oplysninger om nedbrydningskomponenter fra et enkelt eksperiment kan en TGA eller TGA/DSC fra METTLER TOLEDO bindestreg til et passende gasanalysesystem. Det nye system kan nu udføre udviklet gasanalyse (EGA). En TGA kan tilsluttes en Fourier-transformerende infrarød spektroskopi, massespektroskopi, gaskromatografi-massespektroskopi eller mikrogaskromatografi-massespektroskopi (henholdsvis FTIR-spektroskopi, MS, GC / MS; Micro GC (/ MS).
Grundlæggende arbejdsprincip for et Li-ion-batteri
LIB'er består af en positiv elektrode (katode), negativ elektrode (anode) og elektrolytisk opløsning. Når cellen oplades, oxideres katoden (normalt lithiumkoboltoxid), og anoden (normalt grafit) reduceres. Når cellen aflades, sker det modsatte. Li + ionerne deltager ikke i den samlede elektrokemiske reaktion og forbliver i deres oxiderede tilstand. De rejser mellem anoden og katoden ved diffusion gennem en flydende elektrolyt bestående af organiske opløsningsmidler, lithiumsalte og forskellige additiver. Separatoren sikrer, at anoden og katoden holdes elektrisk isoleret, men er porøs nok til at lade elektrolytten og Li + ionerne passere let gennem den.
Elektroder (anoder og katoder)
Elektrodernes ydeevne og sikkerhed påvirkes i høj grad af ladning/afladningsinduceret ældning og nedbrydning af katodeaktivt materiale. Termiske analyseteknikker giver præcise målinger for varmekapacitet, nedbrydningstemperaturer og entalpibestemmelse og er grundlæggende hjælpemidler i termiske stabilitetsundersøgelser.
Batteriseparator
Separatorer til Li-ion-batterier har en afgørende indflydelse på batteriets ydeevne og levetid samt pålidelighed og sikkerhed. De skal være tynde for at tillade Li + ioner at bevæge sig hurtigt mellem anoden og katoden, men separatorens strukturelle integritet er vigtig, fordi dens nedbrydning kan føre til en intern kortslutning.
Termisk analyse bruges til at karakterisere de termiske egenskaber af separatorer, typisk fremstillet af polyolefiner (f.eks. PP eller PE). Teknologiske begrænsninger af sådanne membraner inkluderer penetrationsmodstand, krympning og nedsmeltning. Disse egenskaber kan undersøges ved hjælp af termogravimetri (TGA), differentiel scanningskalorimetri (DSC) og termomekanisk analyse (TMA).
Elektrolytter
Differentiel scanningskalorimetri (DSC) kan bruges i QC til at studere sammensætningen og indholdet af carbonater i elektrolytiske opløsninger, hvilket har vigtige konsekvenser for cykelstabiliteten, energitætheden og sikkerheden ved lithium-ion-batterier. DSC giver også information om elektrolytsmeltning og krystallisering til bestemmelse af minimumstemperaturer for opladnings- / afladningsprocesser.
