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應用故事 | DSC評估電極材料熱穩(wěn)定性

更新時間:2023-04-06      點擊次數:1524

隨著化石能源的日益消耗以及全球對環(huán)保問題的逐漸重視,利用電能取代化石能源收到了各國的關注和發(fā)展。而鋰電池作為目前最主流的電池類型,由于其比能量高,貯存壽命長,放電電壓平穩(wěn)等優(yōu)點,被廣泛的應用于各類消費電子產品,新能源汽車以及國防工業(yè)等領域。對鋰電材料的研究,也成了近年來的研究熱點。


從目前的情況看,鋰電池最主要最關鍵的問題是安全性問題。在使用過程中,鋰電池發(fā)生化學反應,反應產生的熱量如果不能及時有效地散發(fā),就會在電池內部積累,引起電池溫度的升溫,電池溫度的升高又會進一步促使反應加劇,從而形成產熱與溫升的正反饋。當溫度升高到一定程度時,鋰電池的電極材料與電解液之間會發(fā)生一系列副反應,這些副反應往往會產生更為劇烈的熱效應,引起電池溫度進一步升高,此時的電池就有鼓脹、泄露、著火,甚至爆炸的危險,這種現象被稱為“熱失控"。


因此,對鋰電池材料的熱特性進行分析就變得極為必要。就目前而言,DSC與ARC是評估電池材料熱穩(wěn)定性最為重要的兩種手段。

3個樣品中,有兩個是常規(guī)極片樣品,有一種是改性后的極片樣品。改性的目的是為了通過增加包覆材料,改善電極材料的熱特性,降低熱失控風險,想通過DSC觀察改性效果。

制樣附注:由于鋰電材料往往都對空氣中的水、氧氣非常敏感,所以制樣以及裝樣過程全部都在惰性氣氛下的手套箱內完成。由于樣品在測試過程中存在分解和相互反應,所以測試必須選用密閉型的高壓坩堝。

通過比較可以很明顯地觀察到,改性以后的極片,放熱峰明顯后移,說明材料熱穩(wěn)定性提高。但是,改性極片的放熱量高于未改性極片,尤其是260 ℃左右的放熱峰尤為明顯。猜測可能是改性材料參與了反應,從而提升了放熱量。而放熱量提升實際上不利于電極材料的熱穩(wěn)定的,因為一旦到達樣品的反應放熱溫度,放熱量過大的話會加速二次反應的發(fā)生,從而引發(fā)“熱失控"。


通過DSC可以幫助分析電極材料的穩(wěn)定性,放熱溫度越高,放熱量越小,說明材料穩(wěn)定性越好;反之,則有更高的熱失控風險。當然,如果想更深入地了解電極材料的熱失控過程,還可以通過ARC來幫助評估。

作者

周延

耐馳儀器公司應用實驗室


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