Introduzione
Le pile a bottone agli ioni di litio stanno diventando sempre più popolari. Offre una maggiore densità di potenza e capacità ed è ricaricabile. All'interno della cella si verificano numerosi e complessi cambiamenti chimici e fisici in funzione del tempo, della temperatura e del carico ciclico. La quantità di calore rilasciata o assorbita durante questi cambiamenti fisico-chimici e la velocità di variazione dell'energia all'interno dellaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta forniscono ulteriori informazioni sulla chimica della cella e possono accelerare il processo di sviluppo della batteria.
Il riscaldamento delle celle a moneta e l'attento monitoraggio della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione forniscono informazioni non solo sulla sicurezza, ma anche sulla comprensione delle formazioni all'interno della cella. Ad esempio, è possibile vedere chiaramente la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dell'interfase solido-elettrolita (SEI) come una delle prime firme di calore della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione della cella. Misurando accuratamente la temperatura, l'energia e la velocità di rilascio dell'energia, è possibile valutare la forza della formazione della SEI; più larger il picco di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, maggiore è l'energia immagazzinata nello strato SEI.
L'analisi DSC del materiale cellulare è un metodo comprovato per realizzare celle intrinsecamente più sicure e migliorare lo sviluppo. Ottenere temperature di insorgenza chiare dei principali eventi di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione esotermica all'interno della cella e misurare la cinetica di queste decomposizioni a temperature più elevate è fondamentale per comprendere il comportamento di diverse sostanze chimiche delle celle esposte a cortocircuiti interni o a temperature elevateots. La progettazione di chimiche più robuste è una strada importante per prevenire o mitigare il rischio e i pericoli associati ai guasti sul campo. Small investimenti in questa fase di sviluppo possono avere large benefici finanziari durante la vita del prodotto in seguito.
In passato, questo tipo di test DSC veniva eseguito estraendo il materiale da unaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta ed eseguendo il test in un DSC convenzionale. Ora, con l'avvento del nuovo modulo per celle a bottone ad alta temperatura di NETZSCH, è possibile eseguire una scansione DSC in situ su un'intera batteria a bottone. Questa nota applicativa mostra, per la prima volta, una scansione DSC di una batteria commerciale a celle a bottone agli ioni di litio da temperatura ambiente a 300°C.
Strumentazione
Il nuovo strumento utilizzato è il modulo per celle a bottone ad alta temperatura su NETZSCH Calorimetro a moduli multipli (MMC)Un dispositivo calorimetrico a modalità multipla costituito da un'unità di base e da moduli intercambiabili. Un modulo è predisposto per la calorimetria a velocità accelerata (ARC), il modulo ARC. Un secondo è utilizzato per i test di scansione (Scanning Module) e un terzo è relativo ai test sulle batterie per celle a moneta (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (fig. 1). Si tratta dell'unico sistema simile al DSC per la ricercaarch e il controllo di qualità delle batterie a bottone al mondo. Il componente chiave di questo nuovo strumento è il sensore (fig. 2 e 3). È caratterizzato da un innovativo design di misura differenziale basato su termopili per migliorare la sensibilità e la stabilità della misura del flusso di calore. È progettato per contenere batterie a bottone standard o prototipo come campioni o riferimento. Il ciclatore di batterie esterno può essere facilmente collegato allo strumento tramite un connettore LEMO plug-andplay. È possibile eseguire facilmente cicli isotermici di batterie a bottone in varie condizioni di carica/scarica. Il nuovo robusto strumento può anche eseguire la scansione DSC su un'intera cella a bottone, cosa che prima non era possibile.
Risultati
Una scansione DSC di una pila a moneta commerciale agli ioni di litio LiR2032 da temperatura ambiente a 300°C è stata condotta a 1K/min utilizzando il modulo HT Coin Cell. La Figura 4 mostra il risultato del flusso di calore. Si tratta del primo dato di questo tipo al mondo. Mostra le reazioni multiple durante la disintegrazione dellaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta al momento del riscaldamento. È evidente che la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione esotermica del SEI è seguita dallaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione del separatore a circa 130°C (evento EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico netto). Questa endotermia si verifica quasi contemporaneamente alla reazione tra elettrolita e litio. La Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dell'elettrolita e la reazione tra litio e legante avvengono a temperature più elevate.
Questo risultato concorda con la simulazione DSC pubblicata di diversi componenti della cella (figura 5) [1]. La figura 6 mostra l'immagine dellaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta prima e dopo il test. Come previsto, la cella è stata chiaramente disintegrata dalle alte temperature. Ma il sensore dellaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta HT è rimasto intatto grazie al suo design robusto.
Conclusione
Il nuovo modulo HT Coin Cell su NETZSCH Calorimetro a moduli multipli (MMC)Un dispositivo calorimetrico a modalità multipla costituito da un'unità di base e da moduli intercambiabili. Un modulo è predisposto per la calorimetria a velocità accelerata (ARC), il modulo ARC. Un secondo è utilizzato per i test di scansione (Scanning Module) e un terzo è relativo ai test sulle batterie per celle a moneta (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® ha aperto nuove opportunità per la ricerca delle batterie a bottonearch. Il sensore dal design innovativo rende possibile il test di un'interaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta. È ora possibile eseguire una scansione DSC fino a 300°C su unaModulo cella a monetaUn modulo calorimetrico facente parte del Calorimetro a moduli multipli (MMC) che consente di eseguire test a scansione e isotermici di monete complete di dimensioni variabili. Il design gemello simile al DSC fornisce un segnale differenziale della firma termica durante una rampa di riscaldamento o la carica e la scarica delle batterie. cella a moneta. È possibile rilevare più eventi durante la disintegrazione della cella. Queste informazioni aiuteranno gli scienziati delle batterie a capire cosa succede quando la cella è soggetta a temperature elevate o a cortocircuiti interni, in modo da poter progettare celle con prestazioni più elevate e maggiore sicurezza.