03.09.2025 by Aileen Sammler
Mejora de la seguridad de las baterías de iones de litio: Thermal and Kinetic Analysis of LiPF₆ Electrolytes with the NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Descubra cómo Calorimetría diferencial de barrido (DSC) y el Kinetics Neo software de NETZSCH mejoran la seguridad de las baterías de iones de litio analizando la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y cinética de los electrolitos basados en LiPF₆ y evitan el desbocamiento térmico y optimizan el rendimiento.
Las baterías de iones de litio (LIB) alimentan nuestros teléfonos inteligentes, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energías renovables. A medida que la demanda mundial aumenta rápidamente, la seguridad y la fiabilidad se han convertido en prioridades absolutas. Los marcos normativos, como el Reglamento 2023 de la UE sobre baterías, y las normas internacionales imponen ahora requisitos estrictos a las pruebas de seguridad térmica de las baterías.
En el corazón de toda LIB está el electrolito, y una de las sales más utilizadas en disolventes carbonatados es el LiPF₆. Aunque el LiPF₆ presenta una excelente conductividad Ionic y es compatible con los ánodos de grafito, es inestable térmica y químicamente. Esta inestabilidad puede desencadenar un Fuga térmicaUn embalamiento térmico es la situación en la que un reactor químico está fuera de control con respecto a la producción de temperatura y/o presión causada por la propia reacción química. La simulación de un desbocamiento térmico suele llevarse a cabo utilizando un dispositivo calorimétrico según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).embalamiento térmico, un importante problema de seguridad en la movilidad eléctrica y el almacenamiento estacionario.
Para hacer frente a estos retos, investigadores y fabricantes recurren a la caracterización avanzada de materiales. En esta nueva nota de aplicación, se utilizó un DSC NETZSCH combinado con el software Kinetics Neo para analizar la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y la cinética de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de electrolitos basados en LiPF₆.
Principales resultados del estudio
Eventos térmicos identificados mediante DSC
Se utilizó un DSC NETZSCH para analizar LiPF₆ en un sistema de disolvente carbonatado mixto (EMC+DMC+EC, 1:1:1). Se detectaron los siguientes efectos térmicos por encima de 190°C:
- Pico EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico (≈230°C) → Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición del LiPF₆ e interacciones específicas del disolvente
- Pico ExotérmicoUna transición de muestra o una reacción es exotérmica si se genera calor.exotérmico (≈250°C) → interacción de LiPF₆ con EC, reacciones de escisión de anillos
- Pico ExotérmicoUna transición de muestra o una reacción es exotérmica si se genera calor.exotérmico amplio (≈290°C) → reacciones de polimerización, productos similares al PEO, liberación de CO₂
Análisis cinético con el software Kinetics Neo
- La evaluación cinética confirmó un modelo de reacción de tres pasos con energías de activación de 146,3, 137,2 y 118,6 kJ/mol.
- La correlación entre los datos medidos y calculados alcanzó R² = 0,997, lo que indica una excelente concordancia entre los datos experimentales y los simulados
Predicciones para escenarios reales
- Predicción IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmica: La Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición comenzó tras ≈1 día a 150°C, tras ≈9 días a 130°C y tras ≈24 días a 120°C.
- Predicción adiabática: En condiciones adiabáticas, el desbordamiento térmico se produjo tras ≈5 días a 150°C.
Por qué es importante para la industria actual de las baterías
- La seguridad de las baterías es un reto fundamental en los vehículos eléctricos y el almacenamiento en red.
- El cumplimiento de la normativa exige un análisis en profundidad de la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica de los electrolitos.
- Los desarrolladores de materiales pueden optimizar las formulaciones para minimizar los riesgos y prolongar la vida útil de las baterías.
Mediante la combinación de la calorimetría diferencial de barrido(DSC) y la Kinetics Neo, NETZSCH proporciona un potente conjunto de herramientas para predecir el comportamiento de los electrolitos en condiciones reales de funcionamiento y abuso.
Ventajas del DSC NETZSCH para la investigación de baterías
El instrumento de análisis NETZSCH DSC 300 Caliris® presenta una sensibilidad y flexibilidad excepcionales, lo que lo convierte en la herramienta ideal para analizar electrolitos y materiales de baterías.
En el contexto de la seguridad de las baterías de iones de litio, el DSC permite a los investigadores determinar con precisión las Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transiciones de fase, las temperaturas de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición y los eventos de flujo de calor que son críticos para identificar el inicio del desbordamiento térmico. Con su diseño modular y sus crisoles de alta presión, el DSC Caliris® permite obtener resultados fiables, incluso en sistemas de electrolitos volátiles.
Ventajas de Kinetics Neo en el análisis de seguridad de baterías
El softwareKinetics Neo amplía las mediciones DSC al permitir simulaciones predictivas en condiciones reales. Para los desarrolladores de baterías, esto significa que los datos de un conjunto de tres experimentos de calentamiento DSC pueden utilizarse para modelar la estabilidad del almacenamiento IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmico, las condiciones adiabáticas y diferentes perfiles de temperatura.
Esto permite predecir con exactitud el comportamiento del electrolito durante el funcionamiento, el transporte o el uso indebido, lo que contribuye al diseño de sistemas de baterías más seguros y duraderos.
Conclusión
La combinación de NETZSCH DSC y el software Kinetics Neo proporciona información esencial sobre la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y cinética de los electrolitos basados en LiPF₆. Estos resultados ayudan directamente a los desarrolladores de baterías a prevenir el desbordamiento térmico, garantizar el cumplimiento de las normas de seguridad e impulsar la transición hacia sistemas de movilidad eléctrica y almacenamiento de energía seguros y sostenibles.
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