服務熱(re)線(xian)
86-021-52261560
Product classification
鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)是(shi)壹(yi)種(zhong)主(zhu)要依(yi)靠(kao)鋰(li)離子(zi)在(zai)正、負極之(zhi)間(jian)移(yi)動(dong)來(lai)工作的(de)可(ke)充(chong)放(fang)電(dian)的(de)二(er)次(ci)電池(chi)。正極材料壹(yi)直(zhi)是(shi)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)核(he)心(xin)關(guan)鍵材料，它的(de)選擇(ze)直(zhi)接決定了(le)電池(chi)性(xing)能的(de)高低(di)，目(mu)前，鈷酸鋰(li)、錳(meng)酸鋰(li)、磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)、鎳(nie)鈷錳/鋁(lv)三(san)元材料等鋰(li)化(hua)物(wu)都(dou)是(shi)常見的(de)正極材料。
負極材料主要用(yong)於電(dian)池(chi)能量的(de)儲存(cun)和釋(shi)放(fang)，也(ye)是(shi)電(dian)池(chi)重(zhong)要的(de)組(zu)成(cheng)部分(fen)。目(mu)前，負極材料主要分(fen)為商業(ye)化(hua)應用(yong)的(de)碳材(cai)料和正處於研發(fa)狀(zhuang)態的(de)矽基(ji)材料、合金(jin)材(cai)料、錫(xi)金(jin)材(cai)料等非碳負極材料。鋰(li)電(dian)池(chi)正負極材料之(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)協(xie)同，共同影(ying)響(xiang)著(zhe)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)性能，並(bing)最(zui)終(zhong)應用(yong)於新(xin)能源汽(qi)車、儲能裝置(zhi)、電(dian)子(zi)產(chan)品等(deng)領(ling)域(yu)。
在反(fan)復(fu)的(de)充放(fang)電過程中(zhong)，鋰(li)電(dian)池(chi)正負極材料的(de)結構(gou)與(yu)熱穩(wen)定(ding)性都(dou)在(zai)發(fa)生(sheng)變化，熱(re)穩(wen)定(ding)性直(zhi)接決定著(zhe)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)安(an)全使(shi)用(yong)溫度(du)和壽命(ming)，因此(ci)，對鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)熱穩(wen)定(ding)研究(jiu)就(jiu)顯(xian)得(de)尤(you)為重(zhong)要。熱(re)分(fen)析技術(shu)（DSC、TGA/DSC等）可(ke)提(ti)供(gong)鋰(li)電(dian)池(chi)正負極材料的(de)熱分(fen)解溫度(du)、組(zu)分(fen)分(fen)析、放熱(re)焓值(zhi)等(deng)信息(xi)，為鋰(li)電(dian)材(cai)料的(de)研發(fa)和測(ce)試提供(gong)指導(dao)性(xing)建(jian)議(yi)。
01. 熱分(fen)析儀器(qi)在電(dian)池(chi)材(cai)料中(zhong)的(de)常見應用(yong)
02. DSC測(ce)試正極材料的(de)熱安(an)全性(xing)
鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)正/負極材料的(de)熱失控容易(yi)引(yin)發(fa)電(dian)池(chi)的(de)失效(xiao)。DSC可(ke)對正/負極材料以(yi)及(ji)按特定比(bi)例縮(suo)小的(de)全電(dian)池(chi)置(zhi)於(yu)特定(ding)的(de)DSC高壓(ya)坩堝(guo)中(zhong)進行(xing)測(ce)試。
圖(tu)1 正極材料熱安(an)全性(xing)測(ce)試
圖(tu)1為充電(dian)態NCM811正極材料混(hun)合壹(yi)定(ding)比(bi)例電(dian)解液(ye)進行(xing)的(de)三次(ci)重(zhong)復(fu)測(ce)試，該(gai)三(san)元(yuan)正極材料出(chu)現(xian)兩(liang)個(ge)放(fang)熱(re)峰，第壹(yi)個(ge)放(fang)熱峰出(chu)現(xian)在220℃附近，推(tui)測(ce)為電解液(ye)分(fen)解引(yin)發(fa)的(de)三元(yuan)材料的(de)分(fen)解。兩(liang)步(bu)分(fen)解放(fang)熱共計(ji)超過2500J/g，放(fang)熱情況十(shi)分(fen)嚴(yan)重(zhong)，壹(yi)旦(dan)熱失控，可(ke)能會造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)的(de)爆炸(zha)。可(ke)見，DSC可(ke)快速準確(que)地(di)研究電池(chi)材(cai)料熱失控溫度(du)、放熱焓值(zhi)和(he)放熱(re)速率(lv)，也(ye)可(ke)進行(xing)不同工藝電(dian)池(chi)熱(re)失控行(xing)為的(de)研究(jiu)。
03. 負極材料的(de)熱安(an)全性(xing)測(ce)試
鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)負極在充電後處(chu)於富鋰(li)狀(zhuang)態，且會隨(sui)著電(dian)池(chi)溫度(du)的(de)升高(gao)變得(de)不穩(wen)定(ding)。DSC可(ke)用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)不同充電狀態負極材料的(de)熱穩(wen)定(ding)性。
圖(tu)2 負極材料熱安(an)全性(xing)測(ce)試
圖(tu)2是(shi)充(chong)電態NCM523負極材料混(hun)合特(te)定(ding)比(bi)例電(dian)解液(ye)後在25uL高壓(ya)坩堝(guo)中(zhong)進行(xing)測(ce)試的(de)結果(guo)，樣品制(zhi)備過程在手套(tao)箱中(zhong)完成(cheng)。測(ce)試結果(guo)顯示，鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)負極材料在約(yue)110℃處(chu)出(chu)現(xian)較小的(de)放熱(re)峰，這是(shi)由(you)於(yu)少(shao)量(liang)電(dian)解液(ye)組(zu)分(fen)的(de)分(fen)解造(zao)成(cheng)的(de)；之(zhi)後(hou)在(zai)266℃與307℃出(chu)現(xian)連(lian)續地(di)放(fang)熱峰，這主要歸(gui)結(jie)於(yu)大(da)量電解液(ye)分(fen)解引(yin)發(fa)的(de)大量(liang)放熱(re)，超過1600J/g的(de)熱焓值(zhi)也(ye)意味(wei)著放熱的(de)嚴(yan)重(zhong)程度(du)。此外，DSC還(hai)可(ke)用(yong)於不同充電狀態或不同工藝負極材料的(de)熱穩(wen)定(ding)性研(yan)究(jiu)。
04. 熱(re)安(an)全反(fan)應動(dong)力學
動(dong)力學方法(fa)可(ke)以(yi)幫(bang)助我(wo)們了(le)解速(su)率(lv)、反(fan)應歷(li)程以(yi)及(ji)各(ge)種(zhong)因素(su)對化學反(fan)應的(de)影(ying)響(xiang)，並(bing)可(ke)預(yu)測(ce)體系在(zai)特(te)定(ding)實(shi)驗條(tiao)件下的(de)行(xing)為。影(ying)響(xiang)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)熱失控的(de)因素(su)有很(hen)多種，我(wo)們可(ke)以(yi)通(tong)過動(dong)力學方法(fa)對鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)熱失控行(xing)為進行(xing)研究(jiu)和預(yu)測(ce)。
圖(tu)3 熱安(an)全反(fan)應動(dong)力學分(fen)析
圖(tu)3所(suo)示為按照(zhao)特定(ding)比(bi)例混(hun)合NCM523正極材料、負極材料和電(dian)解液(ye)的(de)測(ce)試曲線(xian)，樣品被(bei)密封後使用(yong)DSC進行(xing)不同升溫速率(lv)的(de)測(ce)試。由(you)於(yu)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)成(cheng)分(fen)較為復(fu)雜，導(dao)致分(fen)解過程分(fen)多步(bu)進行(xing)，因此(ci)，我(wo)們使(shi)用(yong)基於(yu)等(deng)轉(zhuan)化率(lv)法(fa)的(de)非模型動(dong)力學，得到隨反(fan)應進度(du)而變化的(de)活(huo)化(hua)能曲線(xian)，右(you)側等轉(zhuan)化率(lv)預(yu)測(ce)結(jie)果(guo)顯(xian)示了(le)體系達(da)到特殊反(fan)應進度(du)所(suo)需(xu)要的(de)時間和溫度(du)。
05. 正極材料充放(fang)電狀態熱穩(wen)定(ding)性
正極材料是(shi)鋰(li)電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)關(guan)鍵材料，正極材料的(de)熱穩(wen)定(ding)性會(hui)隨(sui)著(zhe)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)充放(fang)電過程和次(ci)數(shu)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)。
圖(tu)4 滿電態三元(yuan)材料的(de)同步(bu)熱(re)分(fen)析
圖(tu)4為使用(yong)同步(bu)熱(re)分(fen)析TGA/DSC3+對滿電態三元(yuan)正極材料的(de)測(ce)試結果(guo)，充電(dian)後(hou)的(de)三元(yuan)材料在約(yue)200℃就(jiu)發生(sheng)了(le)結構(gou)坍(tan)塌，之(zhi)後(hou)伴(ban)隨著(zhe)分(fen)解反(fan)應，在DSC曲線(xian)上該(gai)過程顯示為先(xian)放(fang)熱(re)後(hou)吸(xi)熱。繼續(xu)加熱(re)後又(you)出(chu)現(xian)結構(gou)坍(tan)塌和(he)三元材料的(de)繼續(xu)分(fen)解。
TGA/DSC3+出(chu)色(se)的(de)靈敏度(du)和分(fen)辨率(lv)可(ke)在(zai)測(ce)試時可(ke)對連(lian)續地(di)吸(xi)放熱過程進行(xing)監測(ce)，且表(biao)現(xian)出(chu)平(ping)坦(tan)的(de)基線(xian)。此(ci)外(wai)，同步(bu)熱(re)分(fen)析還(hai)可(ke)用(yong)於研(yan)究(jiu)不同充電狀態下正極材料的(de)熱穩(wen)定(ding)性，以(yi)及(ji)對連(lian)續充(chong)放(fang)電若(ruo)幹次(ci)後的(de)鋰(li)電(dian)池(chi)進行(xing)測(ce)試。
06. 負極碳材料含量(liang)測(ce)定(ding)
鋰(li)電(dian)池(chi)負極材料大都(dou)由(you)碳(tan)材(cai)料組(zu)成(cheng)，此(ci)外，還(hai)有少量粘結劑和(he)導電劑。因此(ci)，在鋰(li)電(dian)池(chi)負極材料碳含(han)量的(de)測(ce)定(ding)中(zhong)，壹(yi)般(ban)可(ke)采用(yong)二(er)次(ci)升溫法(fa)，第(di)壹(yi)次(ci)在惰(duo)性氣氛(fen)中(zhong)除(chu)去有(you)機物(wu)，第(di)二(er)次(ci)在氧(yang)化性(xing)氣氛(fen)中(zhong)測(ce)定(ding)碳(tan)含(han)量；或者(zhe)可(ke)在(zai)空(kong)氣氣氛(fen)中(zhong)采用(yong)壹(yi)次(ci)升溫法(fa)測(ce)定(ding)有(you)機物(wu)和(he)碳的(de)含量(liang)。
圖(tu)5 負極材料組(zu)分(fen)分(fen)析
圖(tu)5為鋰(li)電(dian)池(chi)負極材料在空(kong)氣氣氛(fen)中(zhong)的(de)測(ce)試結果(guo)，碳材(cai)料的(de)燃燒過程和有(you)機物(wu)的(de)分(fen)解可(ke)輕易(yi)分(fen)離，結(jie)果顯(xian)示，該(gai)負極材料中(zhong)碳(tan)含量超過97%。
熱(re)分(fen)析技術(shu)（DSC、TGA/DSC等）可(ke)提(ti)供(gong)鋰(li)電(dian)池(chi)材(cai)料的(de)熱穩(wen)定(ding)性、安(an)全性(xing)評估(gu)、組(zu)分(fen)分(fen)析、放熱(re)焓值(zhi)、材(cai)料熔(rong)點(dian)、比(bi)容測(ce)試等信息(xi)，為鋰(li)電(dian)材(cai)料的(de)研發(fa)和測(ce)試提供(gong)指導(dao)性(xing)建(jian)議(yi)。上海(hai)昊擴(kuo)作(zuo)為梅(mei)特勒(le)托(tuo)利多產品的(de)授權(quan)代(dai)理商，專(zhuan)註於(yu)為鋰(li)電(dian)行(xing)業(ye)提(ti)供(gong)精準、高(gao)效(xiao)且全面(mian)的(de)熱分(fen)析解決方案(an)。
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梅(mei)特勒(le)-托(tuo)利多 (Mettler Toledo) 成(cheng)立於(yu)1991年(nian)，總(zong)部位(wei)於瑞(rui)士蘇(su)黎世(shi)，是(shi)壹(yi)家(jia)全球(qiu)精密儀(yi)器及(ji)衡(heng)器(qi)制造商和(he)服務提(ti)供(gong)商，專(zhuan)註於(yu)為實(shi)驗室、工業(ye)及(ji)零售業(ye)提(ti)供(gong)高質(zhi)量(liang)的(de)稱重(zhong)、分(fen)析測(ce)量(liang)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)技術(shu)解決方案(an)。其產(chan)品廣(guang)泛應用(yong)於化(hua)學分(fen)析、藥物(wu)研(yan)發、食品加工、環境監測(ce)等(deng)多個領(ling)域(yu)，以(yi)高(gao)精度(du)、可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)創新(xin)技術(shu)著稱。
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上海(hai)昊擴(kuo)科(ke)學器材(cai)有(you)限公(gong)司成(cheng)立於(yu)2019年(nian)，總(zong)部位(wei)於上海(hai)，是(shi)壹(yi)家(jia)實(shi)驗室設備/耗(hao)材(cai)及(ji)分(fen)析儀器(qi)的(de)專業(ye)服務商。公(gong)司(si)致力於(yu)為生物(wu)、醫(yi)藥、物(wu)性(xing)檢測(ce)、化(hua)工分(fen)析、食品、工業(ye)生(sheng)產(chan)等相(xiang)關(guan)領(ling)域(yu)客戶提(ti)供(gong)國內(nei)外(wai)高科(ke)技專(zhuan)業(ye)設(she)備以(yi)及(ji)技術(shu)咨(zi)詢服務。作(zuo)為梅(mei)特勒(le)-托(tuo)利多產品的(de)授權(quan)代(dai)理商，上海(hai)昊擴(kuo)持續為客戶提(ti)供(gong)梅(mei)特勒(le)-托(tuo)利多旗下專(zhuan)業(ye)可(ke)靠(kao)的(de)儀器(qi)設備及(ji)耗(hao)材(cai)。
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