01. 熱分析儀器在電池材料中的常見應用

02. DSC測試正極材料的熱安全性

鋰離子電池正/負極材料的熱失控容易引發(fā)電池的失效。DSC可對正/負極材料以及按特定比例縮小的全電池置于特定的DSC高壓坩堝中進行測試。

圖1 正極材料熱安全性測試

圖1為充電態(tài)NCM811正極材料混合一定比例電解液進行的三次重復測試，該三元正極材料出現(xiàn)兩個放熱峰，第一個放熱峰出現(xiàn)在220℃附近，推測為電解液分解引發(fā)的三元材料的分解。兩步分解放熱共計超過2500J/g，放熱情況十分嚴重，一旦熱失控，可能會造成電池的爆炸。可見，DSC可快速準確地研究電池材料熱失控溫度、放熱焓值和放熱速率，也可進行不同工藝電池熱失控行為的研究。

03. 負極材料的熱安全性測試

鋰離子電池負極在充電后處于富鋰狀態(tài)，且會隨著電池溫度的升高變得不穩(wěn)定。DSC可用來檢測不同充電狀態(tài)負極材料的熱穩(wěn)定性。

圖2 負極材料熱安全性測試

圖2是充電態(tài)NCM523負極材料混合特定比例電解液后在25uL高壓坩堝中進行測試的結(jié)果，樣品制備過程在手套箱中完成。測試結(jié)果顯示，鋰離子電池負極材料在約110℃處出現(xiàn)較小的放熱峰，這是由于少量電解液組分的分解造成的；之后在266℃與307℃出現(xiàn)連續(xù)地放熱峰，這主要歸結(jié)于大量電解液分解引發(fā)的大量放熱，超過1600J/g的熱焓值也意味著放熱的嚴重程度。此外，DSC還可用于不同充電狀態(tài)或不同工藝負極材料的熱穩(wěn)定性研究。

04. 熱安全反應動力學

動力學方法可以幫助我們了解速率、反應歷程以及各種因素對化學反應的影響，并可預測體系在特定實驗條件下的行為。影響鋰離子電池的熱失控的因素有很多種，我們可以通過動力學方法對鋰離子電池的熱失控行為進行研究和預測。

圖3 熱安全反應動力學分析

圖3所示為按照特定比例混合NCM523正極材料、負極材料和電解液的測試曲線，樣品被密封后使用DSC進行不同升溫速率的測試。由于鋰離子電池的成分較為復雜，導致分解過程分多步進行，因此，我們使用基于等轉(zhuǎn)化率法的非模型動力學，得到隨反應進度而變化的活化能曲線，右側(cè)等轉(zhuǎn)化率預測結(jié)果顯示了體系達到特殊反應進度所需要的時間和溫度。

05. 正極材料充放電狀態(tài)熱穩(wěn)定性

正極材料是鋰電池中的關鍵材料，正極材料的熱穩(wěn)定性會隨著鋰離子電池的充放電過程和次數(shù)發(fā)生改變。

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