03.09.2025 by Aileen Sammler
Подобряване на безопасността на литиево-йонните батерии: Термичен и кинетичен анализ на LiPF₆ електролити с помощта на NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Открийте как Диференциална сканираща калориметрия (DSC) и Kinetics Neo софтуер от NETZSCH подобряват безопасността на литиево-йонните батерии, като анализират термичната и кинетичната стабилност на електролитите на основата на LiPF₆ и предотвратяват термичния срив и оптимизират работата.
Литиево-йонните батерии (ЛИБ) захранват нашите смартфони, електрически превозни средства и системи за съхранение на възобновяема енергия. С бързото нарастване на глобалното търсене безопасността и надеждността се превърнаха в основен приоритет. Регулаторни рамки като Регламента на ЕС за батериите от 2023 г. и международните стандарти вече налагат строги изисквания за изпитване на термичната безопасност на батериите.
В основата на всяка LIB е електролитът, а една от най-широко използваните соли в карбонатните разтворители е LiPF₆. Въпреки че LiPF₆ се отличава с отлична Ionic проводимост и съвместимост с графитни аноди, той е термично и химически нестабилен. Тази нестабилност може да предизвика термично изтичане, което е основен проблем за безопасността при електрическата мобилност и стационарното съхранение.
За да се справят с тези предизвикателства, изследователите и производителите разчитат на усъвършенствано характеризиране на материалите. В тази нова приложна бележка за анализ на термичната стабилност и кинетиката на разпадане на електролити на основата на LiPF₆ е използван NETZSCH DSC в комбинация със софтуера Kinetics Neo.
Основни резултати от проучването
Термични събития, идентифицирани от DSC
За анализ на LiPF₆ в смесена система от карбонатни разтворители (EMC+DMC+EC, 1:1:1) беше използван DSC NETZSCH. Следните термични ефекти бяха открити над 190°C:
- Ендотермичен пик (≈230°C) → разлагане на LiPF₆ и специфични за разтворителя взаимодействия
- Екзотермичен пик (≈250°C) → взаимодействие на LiPF₆ с EC, реакции на разцепване на пръстена
- Широк екзотермичен пик (≈290°C) → реакции на полимеризация, PEO-подобни продукти, освобождаване на CO₂
Кинетичен анализ със софтуера Kinetics Neo
- Кинетичната оценка потвърди тристъпков модел на реакцията с активиращи енергии от 146,3, 137,2 и 118,6 kJ/mol.
- Корелацията между измерените и изчислените данни достига R² = 0,997, което показва отлично съответствие между експерименталните и симулираните данни
Предвиждания за сценарии от реалния живот
- Изотермично предсказване: Разлагането започва след ≈1 ден при 150°C, след ≈9 дни при 130°C и след ≈24 дни при 120°C.
- Адиабатно предсказване: При адиабатни условия топлинното бягство настъпва след ≈5 дни при 150°C.
Защо това е важно за днешната индустрия за батерии
- Безопасността на батериите е критично предизвикателство при електрическите превозни средства и съхранението в мрежата.
- Спазването на нормативните изисквания изисква задълбочен анализ на термичната стабилност на електролитите.
- Разработчиците на материали могат да оптимизират формулите, за да минимизират риска и да удължат живота на батериите.
Чрез комбиниране на диференциална сканираща калориметрия(DSC) и Kinetics Neo, NETZSCH предоставя мощен инструментариум за прогнозиране на поведението на електролита при реални условия на работа и злоупотреба.
Предимства на NETZSCH DSC за изследване на батерии
Уредът за анализ NETZSCH DSC 300 Caliris® се отличава с изключителна чувствителност и гъвкавост, което го прави идеален инструмент за анализ на електролити и материали за батерии.
В контекста на безопасността на литиево-йонните батерии DSC дава възможност на изследователите да определят прецизно фазовите преходи, температурите на разпадане и събитията, свързани с топлинния поток, които са от решаващо значение за идентифициране на началото на топлинното бягство. Със своята модулна конструкция и тигели с високо налягане DSC Caliris® позволява получаването на надеждни резултати дори при системи с летливи електролити.
Предимства на Kinetics Neo при анализа на безопасността на батериите
СофтуерътKinetics Neo разширява измерванията на DSC, като позволява прогнозни симулации в реални условия. За разработчиците на батерии това означава, че данните от набор от три експеримента за нагряване на DSC могат да се използват за моделиране на изотермична стабилност на съхранение, адиабатни условия и различни температурни профили.
Това дава възможност за точни прогнози за поведението на електролита по време на експлоатация, транспортиране или сценарии на злоупотреба - в подкрепа на проектирането на по-безопасни и по-дълготрайни акумулаторни системи.
Заключение
Комбинацията от NETZSCH DSC и софтуера Kinetics Neo дава съществена представа за термичната и кинетичната стабилност на електролити на основата на LiPF₆. Тези резултати пряко подпомагат разработчиците на батерии в предотвратяването на термичното бягство, осигуряването на съответствие със стандартите за безопасност и стимулирането на прехода към безопасни и устойчиви системи за електронна мобилност и съхранение на енергия.
? Прочетете пълния текст на бележката за приложение тук:
Научете повече за NETZSCH DSC инструменти и Kinetics Neo софтуер
