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          深度合作丨攜手梅特勒托利多,助力鋰電材料熱分析
          2022-05-05

          上海泰坦科技股份有限公司(以下簡稱“泰坦科技”)作為梅特勒托利多科技(中國)有限公司(以下簡稱“梅特勒托利多”)上海區域特約經銷商,雙方在多條產品線上長久以來保持著良好的合作關系,為眾多企業、高校提供了優質服務。
          梅特勒托利多是世界上較為主要的熱分析儀器制造商之一,所制造的差示掃描量熱儀DSC、同步熱分析TGA/DSC、熱機械分析儀TMA和動態熱機械分析儀DMA,都是世界上靈敏度較高的熱分析儀器。
          今天我們一起看看熱分析產品在鋰電行業內的一些常見應用。


          熱分析儀器在電池材料中的常見應用






          01 常見正極材料磷酸鐵鋰熱穩定性
          磷酸鐵鋰電池使用LiFePO4作為正極材料,石墨則作為對立電極,20世紀90年代末將這種電池設計實現商業化。由于LiFePO4的比容量高于LiCoO2,毒性低,具有良好的穩定性,磷酸鐵鋰電池仍活躍在儲能行業。
          下圖是從電池中提取的磷酸鐵鋰在惰性氣氛(氮氣)中,使用梅特勒托利多TGA/DSC以10°C/min的加熱速率將樣品從室溫加熱到800°C測試結果。






          02 電極材料安全性測試

          鋰離子電池正/負極材料的熱失控容易引發電池的失效。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。

          圖中為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兩個放熱峰,第一個放熱峰出現在220℃附近,推測為電解液分解引發的三元材料的分解。兩步分解放熱共計超過2500J/g,可見放熱情況十分嚴重,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,也可進行對不同工藝電池熱失控行為的研究。



          03 電解液種類分析
          鋰離子電池電解液中的溶質中往往含有多組分的聚碳酸酯,溶質的流動性和分解溫度決定著鋰電池的工作效率和安全溫度。

          圖中為使用普通40μL鋁坩堝密封測試的混合電解液,根據熔點可判斷出該電解液主要含有碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC),根據二者的熔融焓值,可估算出EMC與DMC的質量比大致為1:7,若想得到準確的比值,可以事先分別測試EMC和DMC的原料,之后可推算出混合電解液中每種溶質的占比。

          此外,還可用DSC對電解液進行往復升降溫來測試其熱穩定性。



          04 隔膜熔融溫度判定
          鋰電池的隔膜一般為高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜,起著分隔正負極、并確保高效離子電導率的作用。目前,市面上常見的隔膜多為經過改性的PP/PE/PP單層或多層結構。


          圖中為使用DSC測試PP/PE/PP復合隔膜的熔點,測試結果顯示,該復合隔膜顯示出PE隔膜的熔點為130℃,PP隔膜的熔點為166℃,且PP隔膜在熔融時有熱歷史的出現,因此對于隔膜的測試,一般要求熔點測試結果在某一溫度范圍之內。


          小結



          熱分析技術(DSC、TGA/DSC等)可提供鋰電池材料的熱穩定性、安全性評估、組分分析、放熱焓值、材料熔點、比容測試等信息,為鋰電材料的研發和測試提供指導性建議。


          — METTLER TOLEDO/梅特勒托利多 —


          探索編號:

          06009643  06006562  06010223

          應用特點:

          - 亞微克級分辨率的微量和超微量天平,提供快速準確的結果;

          - 高靈敏度傳感器,卓越的溫度分辨率,完美的平坦基線;

          - 優越的水平爐體設計,最小的氣流擾動,消除煙囪效應。


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