03.09.2025 by Aileen Sammler
Zlepšení bezpečnosti lithium-iontových baterií: Tepelná a kinetická analýza elektrolytů LiPF₆ pomocí NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Zjistěte, jak Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a Kinetics Neo software od NETZSCH zvyšují bezpečnost lithium-iontových baterií analýzou tepelné a kinetické stability elektrolytů na bázi LiPF₆ a zabraňují tepelnému vyčerpání a optimalizují výkon.
Lithium-iontové baterie (LIB) pohánějí naše chytré telefony, elektromobily a systémy pro skladování energie z obnovitelných zdrojů. S rychle rostoucí celosvětovou poptávkou se bezpečnost a spolehlivost staly nejvyššími prioritami. Regulační rámce, jako je nařízení EU o bateriích 2023 a mezinárodní normy, nyní ukládají přísné požadavky na testování tepelné bezpečnosti baterií.
Srdcem každé LIB je elektrolyt a jednou z nejpoužívanějších solí v karbonátových roztocích je LiPF₆. Přestože se LiPF₆ vyznačuje vynikající Ionic vodivostí a kompatibilitou s grafitovými anodami, je tepelně a chemicky nestabilní. Tato nestabilita může vyvolat tepelné vyčerpání, což představuje hlavní bezpečnostní problém v elektromobilitě a stacionárních úložištích.
Při řešení těchto problémů se výzkumníci a výrobci spoléhají na pokročilou charakterizaci materiálů. V této nové aplikační poznámce byl k analýze tepelné stability a kinetiky rozkladu elektrolytů na bázi LiPF₆ použit přístroj NETZSCH DSC v kombinaci se softwarem Kinetics Neo.
Hlavní výsledky studie
Tepelné události identifikované pomocí DSC
K analýze LiPF₆ ve směsném systému uhličitanových rozpouštědel (EMC+DMC+EC, 1:1:1) byla použita DSC NETZSCH. Při teplotách nad 190 °C byly zjištěny následující tepelné jevy:
- Endotermický pík (≈230°C) → Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad LiPF₆ a interakce specifické pro rozpouštědlo
- Exotermický pík (≈250°C) → interakce LiPF₆ s EC, reakce štěpení kruhu
- Široký exotermický pík (≈290 °C) → polymerační reakce, produkty podobné PEO, uvolňování CO₂
Kinetická analýza pomocí softwaru Kinetics Neo
- Kinetické vyhodnocení potvrdilo třístupňový reakční model s aktivačními energiemi 146,3, 137,2 a 118,6 kJ/mol.
- Korelace mezi naměřenými a vypočtenými daty dosáhla R² = 0,997, což ukazuje na vynikající shodu mezi experimentálními a simulovanými daty
Předpovědi pro reálné scénáře
- Izotermická předpověď: Rozklad začal po ≈1 dni při 150 °C, po ≈9 dnech při 130 °C a po ≈24 dnech při 120 °C.
- Adiabatická předpověď: Za AdiabatickýAdiabatický popisuje systém nebo režim měření bez výměny tepla s okolím. Tento režim lze realizovat pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC®). Hlavním účelem takového zařízení je studium scénářů a tepelných runaway reakcí. Stručný popis adiabatického režimu zní "žádné teplo dovnitř - žádné teplo ven".adiabatických podmínek došlo k tepelnému vyčerpání po ≈5 dnech při 150 °C.
Proč je to důležité pro dnešní bateriový průmysl?
- Bezpečnost baterií je v oblasti elektrických vozidel a skladování energie v síti zásadní výzvou.
- Dodržování právních předpisů vyžaduje důkladnou analýzu tepelné stability elektrolytů.
- Vývojáři materiálů mohou optimalizovat složení, aby minimalizovali rizika a prodloužili životnost baterií.
Kombinací diferenciální skenovací kalorimetrie(DSC) a Kinetics Neo, NETZSCH poskytuje výkonný soubor nástrojů pro předpovídání chování elektrolytu za reálných provozních podmínek a podmínek zneužití.
Výhody NETZSCH DSC pro výzkum baterií
Analytický přístroj NETZSCH DSC 300 Caliris® se vyznačuje výjimečnou citlivostí a flexibilitou, což z něj činí ideální nástroj pro analýzu elektrolytů a materiálů baterií.
V kontextu bezpečnosti lithium-iontových baterií umožňuje DSC výzkumníkům přesně stanovit Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázové přechody, teploty rozkladu a tepelné toky, které jsou rozhodující pro identifikaci nástupu tepelného vyčerpání. Díky modulární konstrukci a vysokotlakým kelímkům umožňuje DSC Caliris® získat spolehlivé výsledky i u těkavých elektrolytových systémů.
Výhody Kinetics Neo při analýze bezpečnosti baterií
SoftwareKinetics Neo rozšiřuje měření DSC tím, že umožňuje prediktivní simulace v reálných podmínkách. Pro vývojáře baterií to znamená, že data ze sady tří experimentů s ohřevem DSC lze použít k modelování izotermické stability skladování, AdiabatickýAdiabatický popisuje systém nebo režim měření bez výměny tepla s okolím. Tento režim lze realizovat pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC®). Hlavním účelem takového zařízení je studium scénářů a tepelných runaway reakcí. Stručný popis adiabatického režimu zní "žádné teplo dovnitř - žádné teplo ven".adiabatických podmínek a různých teplotních profilů.
To umožňuje přesné předpovědi chování elektrolytu během provozu, přepravy nebo scénářů zneužití - což podporuje návrh bezpečnějších bateriových systémů s delší životností.
Závěr
Kombinace softwaru NETZSCH DSC a Kinetics Neo poskytuje zásadní informace o tepelné a kinetické stabilitě elektrolytů na bázi LiPF₆. Tyto výsledky přímo podporují vývojáře baterií při prevenci tepelného vyčerpání, zajišťování souladu s bezpečnostními normami a při přechodu na bezpečné a udržitelné systémy e-mobility a skladování energie.
? Přečtěte si celou aplikační poznámku zde:
Další informace o přístrojích NETZSCH DSC a softwaru Kinetics Neo
