Stabilitas Termal Elektrolit Baterai Lithium Ion

Baterai lithium ion sekarang menjadi barang yang digunakan sehari-hari secara konsisten, baik kita menyadarinya atau tidak. Baterai ini dapat ditemukan memberi daya pada telepon seluler (ponsel), komputer laptop, hingga barang yang lebih besar seperti kendaraan listrik dan pesawat terbang. Kita sering mendengar cerita negatif tentang kecelakaan yang terjadi pada baterai ini, misalnya baterai terbakar. Salah satu komponen yang ditemukan dalam baterai lithium ion yang biasanya bertanggung jawab atas efek yang merugikan ini adalah elektrolitnya.

Eksperimental

Dalam penelitian berikut, beberapa percobaan dilakukan melalui TGA, DSC, dan analisis gas yang berkembang untuk menyelidiki elektrolit yang umum digunakan (1,0 M _LiPF6 dalam EC/DEC = 50/50 (v/v) yang diperoleh dari Sigma-Aldrich) dengan cara memaparkannya pada atmosfer sekitar (_N2,_O2,_H2O,_CO2, dan lain-lain).sampel disiapkan dalam kantong sarung tangan yang dibersihkan dengan argon menggunakan sekitar 8 hingga 10 mg larutan elektrolit yang dipipet ke dalam krusibel aluminium 40 μl yang disegel dengan tutup krusibel aluminium yang memiliki lubang yang ditusuk dengan laser 50 μm untuk memungkinkan gas keluar. Sampel dimuat dan diukur dengan NETZSCH STA 449 F1 Jupiter^® digabungkan ke QMS 403 Aëolos^®menggunakan laju pemanasan ^5oC/menitdan argon sebagai gas pembersih. Differential scanning calorimetry (DSC) dilakukan untuk memantau perubahan komposisi elektrolit. Analisis termogravimetri (TGA) digunakan untuk mengukur Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal dan suhu Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian, sementara analisis gas yang berevolusi (EGA) melalui spektrometri massa (MS) mengidentifikasi produk yang dilepaskan.

Kurva TGA-DSC-DTG dari EC-DEC-LiPF6 yang tidak diberi perlakuan menunjukkan perilaku termal dan kehilangan massa pada suhu kritis. — Gambar 1: Grafik TGA-DSC-DTG dari EC-DEC-LiPF6 yang tidak diberi perlakuan

Kurva arus ion MS menunjukkan data untuk dietil karbonat (DEC) pada nomor massa 45, 59, 63, 75, dan 91, yang mengindikasikan analisis stabilitas termal. — Gambar 2: Kurva arus ion MS 45, 59, 63, 75 dan 91 yang sesuai dengan DEC

Analisis spektrum massa dietil karbonat (DEC), menyoroti puncak ion utama untuk identifikasi dan penilaian stabilitas yang akurat. — Gambar 3: Spektrum massa DEC

Hasil dan Pembahasan

Gambar 1 menunjukkan kurva TGA (hijau), DTG (coklat) dan DSC (biru) dari sampel elektrolit tanpa perlakuan yang terdiri dari etilen karbonat (EC), dietil karbonat (DEC) dan litium heksafluorofosfat (_LiPF6).kehilangan massa awal dapat dikaitkan dengan PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan dietil karbonat karena nomor massa yang terkait dengan senyawa ini (45, 59, 63, 75 dan 91) ditemukan memuncak di sekitar ^150oCseperti yang terlihat pada Gambar 2 dengan spektrum massa perpustakaan NIST untuk dietil karbonat yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Ketika elektrolit ini terpapar ke atmosfer ambien, stabilitas dan komposisinya mulai berubah. Transformasi ini dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5 di mana sinyal DSC dan TGA elektrolit tanpa perlakuan diplot di samping sinyal sampel elektrolit yang terpapar ke atmosfer ambien untuk berbagai durasi. Analisis gas yang berevolusi (Gambar 6) menegaskan perubahan radikal jika dibandingkan dengan sampel yang tidak diberi perlakuan, karena indikator terbesarnya adalah nomor massa yang berkaitan dengan DEC (45, 59, 63, 75, dan 91) tidak ada lagi pada sampel yang terpapar.

Bal karton minuman yang dikompresi di samping grafik analisis termal, menampilkan campuran polimer dalam pengujian daur ulang. — Gambar 4: Perbandingan kurva TGA EC-DEC-LiPF6 dengan waktu pencahayaan yang berbeda

Perbandingan kurva DSC elektrolit EC-DEC-LiPF6 di bawah waktu pencahayaan yang bervariasi, menyoroti stabilitas termal. — Gambar 5: Perbandingan kurva DSC EC-DEC-LiPF6 dengan waktu pencahayaan yang berbeda

Perbandingan sinyal TGA dan MS untuk sampel elektrolit baterai lithium-ion yang tidak diberi perlakuan dan yang terpapar, yang menyoroti perubahan stabilitas. — Gambar 6: Perbandingan sinyal TGA dan MS dari sampel elektrolit yang tidak diberi perlakuan dan yang terpapar

Kesimpulan

Elektrolit baterai ion litium dikenal sebagai bahan yang sensitif terhadap paparan gas atmosfer sekitar. Seperti yang ditunjukkan, penganalisis gas termal dan gas yang berevolusi dapat digunakan untuk menyelidiki properti material ini yang pada akhirnya dapat membahayakan fungsionalitas dan keamanan produk. Catatan aplikasi lengkap tersedia di sini!