Laboratórne a priemyselné riešenia podporujú vývoj a výrobu lítium-iónových batérií, od testovania komponentov až po konečnú kontrolu kvality batérií.
 |
Inovatívne analytické riešenia pre termickú analýzu môžu byť použité na testovanie jednotlivých komponentov batérií, ako sú materiály anódových / katódových elektród, separátory, elektrolyty a ďalšie. Medzi kritické nástroje na skúmanie tepelnej polohy, exotermických reakcií a entalpie batérií patrí diferenciálna skenovacia kalorimetria (DSC),termogravimetria (TGA),termomechanická analýza (TMA) a dynamická mechanická analýza (DMA).
Riziká spojené s tepelným únikom, ako je prehriatie a možný výbuch, sú obzvlášť dôležité pre použitie lítium-iónových batérií (LIB) v aplikáciách EV. Bezpečnosť batérií je kľúčovým komponentom pre ďalšie využívanie technológie batérií v našom každodennom živote.
Táto aplikačná príručka poskytuje prehľad o technológii lítium-iónových batérií a ukazuje, ako možno použiť rôzne techniky termickej analýzy pre celý rad aplikácií výskumu a vývoja a kontroly kvality.
Uvádzajú sa nasledujúce príklady použitia:
- Termická stabilita katódového materiálu LiFePO4 v elektrolyte
- Charakterizácia zmesi elektrolytov
- Analýza mikroporéznych separátorov pomocou TGA a TMA
- Kontrola kvality PVDF pomocou TGA a DSC
- Premena oxidu grafénu na grafén (anódový materiál)
Bežné aplikácie techník termickej analýzy komponentov batérií
 |
Ak chcete získať viac informácií o degradačných komponentoch z jedného experimentu, môžete spojovník METTLER TOLEDO TGA alebo TGA/DSC rozdeliť na vhodný systém analýzy plynov. Nový systém teraz môže vykonávať analýzu vyvinutých plynov (EGA). TGA môže byť pripojený k infračervenej spektroskopii s Fourierovou transformáciou, hmotnostnej spektroskopii, plynovej chromatografii-hmotnostnej spektroskopii alebo mikroplynovej chromatografii-hmotnostnej spektroskopii (resp. FTIR spektroskopii, MS, GC/MS; Mikro GC(/MS).
Základný princíp činnosti lítium-iónovej batérie
LIB pozostávajú z kladnej elektródy (katódy), zápornej elektródy (anódy) a elektrolytického roztoku. Keď sa článok nabíja, katóda (zvyčajne oxid kobaltu lítny) sa oxiduje a anóda (zvyčajne grafit) sa redukuje. Keď sa bunka vybíja, dochádza k opaku. Li+ ióny sa nepodieľajú na celkovej elektrochemickej reakcii a zostávajú vo svojom oxidovanom stave. Cestujú medzi anódou a katódou difúziou cez kvapalný elektrolyt pozostávajúci z organických rozpúšťadiel, solí lítia a rôznych prísad. Separátor zaisťuje, že anóda a katóda sú elektricky izolované, ale sú dostatočne porézne, aby cez ne mohli ľahko prechádzať ióny elektrolytu a Li+.
Elektródy (anódy a katódy)
Výkon a bezpečnosť elektród sú do značnej miery ovplyvnené starnutím vyvolaným nábojom / výbojom a degradáciou materiálu aktívneho na katóde. Techniky termickej analýzy, ktoré poskytujú presné merania tepelnej kapacity, teplôt rozkladu a určovania entalpie, sú základnými pomôckami pri štúdiách tepelnej stability.
Separátor batérií
Separátory pre lítium-iónové batérie majú zásadný vplyv na výkon a životnosť batérie, ako aj na spoľahlivosť a bezpečnosť. Musia byť tenké, aby umožnili rýchly pohyb iónov Li+ medzi anódou a katódou, ale štrukturálna integrita separátora je dôležitá, pretože jeho degradácia by mohla viesť k vnútornému skratu.
Termická analýza sa používa na charakterizáciu tepelných vlastností separátorov, zvyčajne vyrobených z polyolefínov (napr. PP alebo PE). Technologické obmedzenia takýchto membrán zahŕňajú odolnosť proti prieniku, zmršťovanie a roztavenie. Tieto vlastnosti je možné skúmať pomocou termogravimetrie (TGA), diferenciálnej skenovacej kalorimetrie (DSC) a termomechanickej analýzy (TMA).
Elektrolyty
Diferenčná skenovacia kalorimetria (DSC) sa môže použiť pri kontrole kvality na štúdium zloženia a obsahu uhličitanov v elektrolytických roztokoch, čo má dôležité dôsledky pre stabilitu cyklu, hustotu energie a bezpečnosť lítium-iónových batérií. DSC poskytuje aj informácie o tavení a kryštalizácii elektrolytov na určenie minimálnych teplôt pre procesy nabíjania a vybíjania.
