18.08.2020 by Michael Hsu
A lítium-ion akkumulátor elektrolitjának termikus stabilitása
A lítiumion-akkumulátorok egyik olyan összetevője, amely tipikusan felelős a balesetekért, az elektrolit. A következő cikkben több kísérletet végeztünk TGA, DSC és fejlődött gázelemzés segítségével az összetétel, a HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. termikus stabilitás és a Identify felszabaduló termékek vizsgálatára.
A lítium-ion akkumulátorok ma már mindennapos használatban vannak, akár tudunk róluk, akár nem. Megtalálhatók mobiltelefonjaink (mobiltelefonok), laptopok és nagyobb tárgyak, például elektromos járművek és repülőgépek energiaellátásában. Gyakran hallunk negatív történeteket a velük bekövetkező balesetekről, mint például az akkumulátorok kigyulladása. A lítium-ion akkumulátorok egyik összetevője, amely jellemzően felelős ezekért a káros hatásokért, az elektrolit.
Kísérleti
A következő tanulmányban több kísérletet végeztünk TGA, DSC és fejlődő gázelemzés segítségével egy általánosan használt elektrolit (1,0 M LiPF6 EC/DEC=50/50 (v/v), amelyet a Sigma-Aldrich-tól szereztünk be) vizsgálatára a környezeti atmoszférának (N2, O2,H2O,CO2 stb.) való kitettséggel.a mintákat argonnal átitatott kesztyűzsákban készítettük el, körülbelül 8-10 mg elektrolitoldat felhasználásával, amelyet 40 μl-es alumíniumtégelyekbe pipettáztunk, amelyeket alumíniumtégelyfedéllel zártunk le, amelyen lézerrel vágott 50 μm-es lyuk volt a gázok távozásának lehetővé tétele érdekében. A mintákat a NETZSCH STA 449 mérőműszerrel töltöttük be és mértük F1 Jupiter® qMS 403 Aëolos®5oC/percfűtési sebességgel és argonnal mint öblítőgázzal. Az elektrolit összetételének változását differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC ) követtük nyomon, a termikus stabilitás és a bomlási hőmérséklet mérésére termogravimetriás analízist (TGA) alkalmaztunk, míg a tömegspektrometrián (MS) keresztül végzett fejlődő gázelemzéssel (EGA) azonosítottuk a felszabaduló termékeket.
Eredmények és vita
Az 1. ábra egy etilén-karbonátból (EC), dietil-karbonátból (DEC) és lítium-hexafluorfoszfátból (LiPF6) álló kezeletlen elektrolitminta TGA (zöld), DTG (barna) és DSC (kék) görbéjét mutatja.a kezdeti tömegveszteség a dietil-karbonát PárologtatásEgy elem vagy vegyület elpárolgása fázisátalakulás a folyékony fázisból gőzzé. A párolgásnak két típusa létezik: a párolgás és a forrás.elpárolgásának tulajdonítható, mivel az ehhez a vegyülethez tartozó tömegszámok (45, 59, 63, 75 és 91) 150oCkörül tetőznek, amint az a 2. ábrán látható, a dietil-karbonát NIST könyvtári tömegspektrumával együtt a 3. ábrán látható.
Amikor ezt az elektrolitot környezeti atmoszférának teszik ki, a stabilitás és az összetétel kezd megváltozni. Az átalakulás látható a 4. és 5. ábrán, ahol a kezeletlen elektrolit DSC és TGA jeleit ábrázolják a környezeti atmoszférának különböző időtartamra kitett elektrolitminták jeleivel együtt. A fejlődő gázelemzés (6. ábra) megerősíti a radikális változásokat a kezeletlen mintához képest, mivel a legnagyobb mutató a DEC-re vonatkozó tömegszámok (45, 59, 63, 75 és 91) megszűntek a kitett mintában.
Következtetés
A lítiumion-akkumulátorok elektrolitjai ismert anyagok, amelyek érzékenyek a környezeti légköri gázoknak való kitettségre. Mint látható, a termikus és a kifejlődött gázelemző készülékekkel vizsgálható ez az anyagtulajdonság, amely végső soron veszélyeztetheti a termék funkcionalitását és biztonságát. A teljes alkalmazási közlemény itt érhető el!