03.09.2025 by Aileen Sammler
A lítium-ion akkumulátorok biztonságának javítása: Elektrolitok termikus és kinetikai elemzése a NETZSCH DSC & segítségével. Kinetics Neo
Fedezze fel, hogyan Differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) és a Kinetics Neo szoftver a NETZSCH segítségével a LiPF₆-alapú elektrolitok termikus és kinetikai stabilitásának elemzésével javítják a lítium-ion akkumulátorok biztonságát, valamint a Termikus elszabadulásA termikus elszabadulás az a helyzet, amikor egy kémiai reaktor a kémiai reakció által okozott hőmérséklet- és/vagy nyomásnövekedés miatt irányíthatatlanná válik. A termikus elszabadulás szimulációját általában a gyorsított sebességű kalorimetria (ARC) szerinti kalorimetriás készülékkel végzik.termikus elszabadulás megelőzését és a teljesítmény optimalizálását.
A lítium-ion akkumulátorok (LIB) működtetik okostelefonjainkat, elektromos járműveinket és megújuló energiatároló rendszereinket. A globális kereslet gyors növekedésével a biztonság és a megbízhatóság elsődleges prioritássá vált. Az olyan szabályozási keretek, mint az EU 2023-as akkumulátor-rendelet és a nemzetközi szabványok ma már szigorú követelményeket támasztanak az akkumulátorok termikus biztonsági vizsgálatával kapcsolatban.
Minden LIB középpontjában az elektrolit áll, és a karbonátos oldószerekben az egyik legszélesebb körben használt só a LiPF₆. Bár a LiPF₆ kiváló Ionic vezetőképességgel és a grafit anódokkal való kompatibilitással rendelkezik, termikusan és kémiailag instabil. Ez az instabilitás termikus elszabadulást válthat ki, ami az elektromos mobilitás és a helyhez kötött tárolók esetében komoly biztonsági problémát jelent.
E kihívások kezelése érdekében a kutatók és a gyártók a fejlett anyagjellemzésre támaszkodnak. Ebben az új alkalmazási jegyzetben a NETZSCH DSC-t a Kinetics Neo szoftverrel kombinálva használták a LiPF₆-alapú elektrolitok HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. termikus stabilitásának és bomlási kinetikájának elemzésére.
A tanulmány legfontosabb eredményei
DSC által azonosított termikus események
A NETZSCH DSC-t használtuk a LiPF₆ vegyes karbonátos oldószerrendszerben (EMC+DMC+EC, 1:1:1:1) történő elemzésére. A következő termikus hatásokat észleltük 190°C felett:
- EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.Endotermikus csúcs (≈230°C) → LiPF₆ bomlása és oldószer-specifikus kölcsönhatások
- ExotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció exoterm, ha hő keletkezik.Exotermikus csúcs (≈250°C) → a LiPF₆ kölcsönhatása az EC-vel, gyűrűs hasadási reakciók
- Széles ExotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció exoterm, ha hő keletkezik.exotermikus csúcs (≈290°C) → polimerizációs reakciók, PEO-szerű termékek, CO₂ felszabadulás
Kinetikai elemzés a Kinetics Neo szoftverrel
- A kinetikai kiértékelés megerősítette a háromlépéses reakciómodellt 146,3, 137,2 és 118,6 kJ/mol aktiválási energiákkal.
- A mért és a számított adatok közötti korreláció elérte az R² = 0,997 értéket, ami kiváló egyezést jelez a kísérleti és a szimulált adatok között
Előrejelzések valós élethelyzetekhez
- IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.Izotermikus előrejelzés: A Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás ≈1 nap után 150°C-on, ≈9 nap után 130°C-on és ≈24 nap után 120°C-on kezdődött.
- AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".Adiabatikus előrejelzés: AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".Adiabatikus körülmények között 150°C-on ≈5 nap után következett be a Termikus elszabadulásA termikus elszabadulás az a helyzet, amikor egy kémiai reaktor a kémiai reakció által okozott hőmérséklet- és/vagy nyomásnövekedés miatt irányíthatatlanná válik. A termikus elszabadulás szimulációját általában a gyorsított sebességű kalorimetria (ARC) szerinti kalorimetriás készülékkel végzik.termikus elszabadulás.
Miért fontos ez a mai akkumulátoripar számára?
- Az akkumulátorok biztonsága kritikus kihívást jelent az elektromos járművek és a hálózati tárolás terén.
- A jogszabályi megfelelés megköveteli az elektrolitok alapos hőstabilitási elemzését.
- Az anyagfejlesztők a kockázatok minimalizálása és az akkumulátorok élettartamának meghosszabbítása érdekében optimalizálhatják a formulákat.
A differenciál pásztázó kalorimetria(DSC) és a Kinetics Neo, a NETZSCH hatékony eszköztárat biztosít az elektrolit viselkedésének előrejelzéséhez valós üzemi és visszaélési körülmények között.
A NETZSCH DSC előnyei az akkumulátor-kutatásban
A NETZSCH DSC 300 Caliris® elemzőműszer kivételes érzékenységgel és rugalmassággal rendelkezik, így ideális eszköz az akkumulátorok elektrolitjainak és anyagainak elemzésére.
A lítium-ion akkumulátorok biztonságával összefüggésben a DSC lehetővé teszi a kutatók számára, hogy pontosan meghatározzák a fázisátmeneteket, a bomlási hőmérsékleteket és a hőáramlási eseményeket, amelyek kritikusak a Termikus elszabadulásA termikus elszabadulás az a helyzet, amikor egy kémiai reaktor a kémiai reakció által okozott hőmérséklet- és/vagy nyomásnövekedés miatt irányíthatatlanná válik. A termikus elszabadulás szimulációját általában a gyorsított sebességű kalorimetria (ARC) szerinti kalorimetriás készülékkel végzik.termikus elszabadulás kezdetének azonosításához. Moduláris felépítésével és nagynyomású tégelyeivel a DSC Caliris® megbízható eredményeket tesz lehetővé, még illékony elektrolitrendszerek esetében is.
A Kinetics Neo előnyei az akkumulátorok biztonsági elemzésében
A Kinetics Neo szoftver a DSC-méréseket kibővíti azzal, hogy lehetővé teszi a valós körülmények közötti előrejelző szimulációkat. Az akkumulátorfejlesztők számára ez azt jelenti, hogy három DSC-fűtési kísérletből álló sorozat adatai felhasználhatók az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus tárolási stabilitás, az AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus körülmények és a különböző hőmérsékleti profilok modellezésére.
Ez lehetővé teszi az elektrolit viselkedésének pontos előrejelzését működés, szállítás vagy visszaélési forgatókönyvek során - támogatva ezzel a biztonságosabb, hosszabb élettartamú akkumulátor-rendszerek tervezését.
Következtetés
A NETZSCH DSC és a Kinetics Neo szoftver kombinációja alapvető betekintést nyújt a LiPF₆-alapú elektrolitok termikus és kinetikai stabilitásába. Ezek az eredmények közvetlenül támogatják az akkumulátorfejlesztőket a Termikus elszabadulásA termikus elszabadulás az a helyzet, amikor egy kémiai reaktor a kémiai reakció által okozott hőmérséklet- és/vagy nyomásnövekedés miatt irányíthatatlanná válik. A termikus elszabadulás szimulációját általában a gyorsított sebességű kalorimetria (ARC) szerinti kalorimetriás készülékkel végzik.termikus elszabadulás megelőzésében, a biztonsági szabványoknak való megfelelés biztosításában, valamint a biztonságos és fenntartható e-mobilitás és energiatároló rendszerek felé való átmenet előmozdításában.
? A teljes alkalmazási közleményt itt olvashatja:
Tudjon meg többet a NETZSCH DSC műszerekről és a Kinetics Neo szoftverről
