Introduction
Les électrolytes de batterie jouent un rôle crucial dans le stockage de l'énergie et sont un composant essentiel des technologies de batterie modernes. Ces substances permettent la circulation des ions entre les électrodes, ce qui est essentiel pour charger et décharger la batterie. Ces dernières années, la recherche sur les électrolytes de batterie a permis de réaliser des progrès significatifs en vue d'améliorer l'efficacité, la sécurité et la durée de vie des batteries. Compte tenu de l'importance croissante des véhicules électriques et des énergies renouvelables, la compréhension et l'amélioration des électrolytes sont essentielles pour un avenir énergétique durable.
Cependant, les risques tels que la surchauffe ou l'Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique doivent être pris en compte et étudiés. L'analyse thermique permet de mieux comprendre les propriétés thermiques, telles que la Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux. transition de phase ou la décomposition, de ces matériaux.
Représentant les nombreux électrolytes des batteries, l'hexafluoroarséniate de lithium (LiAsF6), largement utilisé, a été examiné pour déterminer les effets caloriques et les changements de masse à l'aide d'une analyse thermique simultanée.
Conditions de mesure
En raison des propriétés hygroscopiques du LiAsF6, l'échantillon a été préparé dans la boîte à gants sous argon pour éviter que le matériau n'absorbe de l'eau. La mesure du STA a également été effectuée dans une boîte à gants purgée à l'argon. Les paramètres de mesure détaillés figurent dans le tableau 1.
Tableau 1 : Paramètres de mesure utilisés pour l'investigation avec le STA 449 Jupiter®
| Paramètre | Échantillon LiAsF6 |
|---|---|
| Poids de l'échantillon | 12.1 mg |
| Creuset | Concavus® Al, couvercle percé |
| Capteur | TGA-DSC Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp, type S |
| Four | SiC |
| Programme de température | RT à 600°C |
| Vitesse de chauffage | 10 K/min |
| Atmosphère de gaz | Argon |
| Débit de gaz | 70 ml/min |
Résultats des mesures
Les résultats TGA-DSC sont décrits dans la figure 1. La courbe de perte de masse montre deux étapes de 1,1 % et 81,7 %. La première étape de perte de masse peut vraisemblablement être attribuée à la libération d'humidité. La deuxième étape de perte de masse est due à la décomposition du LiAsF6. Deux effets endothermiques avec des températures maximales de 122,8°C et 497,7°C et des enthalpies de 25,18 J/g et 337 J/g peuvent être détectés à partir de la courbe DSC ; ils correspondent aux étapes de perte de masse. En outre, à une température de 265°C, une Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux. transition de phase solide-solide réversible de LiAsF6 passant d'une phase rhomboédrique à une phase cubique peut être identifiée1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. et al. Thermodynamic Properties and Decomposition of Lithium Hexafluoroarsenate, LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Résumé
La caractérisation des effets énergétiques et de la décomposition de l'électrolyte de batterie LiAsF6 a été réalisée avec succès à l'aide de l'analyse thermique simultanée. Grâce à la possibilité d'effectuer la préparation de l'échantillon et la mesure STA dans une boîte à gants, même les matériaux qui réagiraient autrement avec l'atmosphère environnante - comme le matériau LiAsF6 étudié - peuvent être mesurés avec succès. Les données obtenues montrent que le LiAsF6 reste stable jusqu'à la transformation de la phase solide-solide à environ 265°C. À des températures supérieures à 300°C, le matériau se décompose dans des conditions inertes. Cette information fournit des connaissances supplémentaires concernant les risques potentiels tels que la surchauffe et l'Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique.
Tous les instruments NETZSCH peuvent être utilisés dans une boîte à gants, ce qui permet d'analyser des matériaux sensibles aux conditions environnementales ou présentant des propriétés toxiques. L'utilisation d'une boîte à gants permet de traiter et d'analyser ces matériaux dans des conditions contrôlées, isolées du milieu environnant. Cela permet d'obtenir des résultats expérimentaux qui ne seraient pas possibles sans ces mesures de protection, car le matériau conserve ses propriétés tout en garantissant la sécurité des personnes.