18.08.2020 by Michael Hsu
Stabilità termica dell'elettrolita della batteria agli ioni di litio
Uno dei componenti di una batteria agli ioni di litio tipicamente responsabile di incidenti è l'elettrolita. Nel seguente articolo, sono stati condotti diversi esperimenti tramite TGA, DSC e analisi dei gas evoluti per analizzare la composizione, la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica e identificare i prodotti rilasciati.
Le batterie agli ioni di litio sono ormai un oggetto di uso quotidiano, che ne siamo consapevoli o meno. Possono essere utilizzate per alimentare i nostri telefoni cellulari, i computer portatili e larger oggetti come veicoli elettrici e aeroplani. Spesso si sentono storie negative su incidenti che si verificano con esse, come le batterie che prendono fuoco. Uno dei componenti presenti in una batteria agli ioni di litio che è tipicamente responsabile di questi effetti dannosi è l'elettrolita.
Sperimentale
Nel seguente studio sono stati condotti diversi esperimenti tramite TGA, DSC e analisi dei gas evoluti per analizzare un elettrolita comunemente utilizzato (1,0 M LiPF6 in EC/DEC=50/50 (v/v) acquistato da Sigma-Aldrich) sottoponendolo all'esposizione all'atmosfera ambientale (N2, O2,H2O,CO2, ecc.).i campioni sono stati preparati in un sacchetto a guanti spurgato con argon utilizzando circa 8-10 mg di soluzione elettrolitica pipettata in crogioli di alluminio da 40 μl, sigillati con coperchi di crogioli di alluminio con un foro di 50 μm tagliato al laser per consentire lo sfiato dei gas. I campioni sono stati caricati e misurati con lo strumento NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® accoppiato a un QMS 403 Aëolos® utilizzando una velocità di riscaldamento di 5oC/mine argon come gas di spurgo. La calorimetria differenziale a scansione (DSC) è stata eseguita per monitorare i cambiamenti nella composizione dell'elettrolita. L'analisi termogravimetrica (TGA) è stata utilizzata per misurare la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica e le temperature di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, mentre l'analisi dei gas evoluti (EGA) tramite spettrometria di massa (MS) ha identificato i prodotti rilasciati.
Risultati e discussione
La Figura 1 mostra le curve TGA (verde), DTG (marrone) e DSC (blu) di un campione di elettrolita non trattato composto da etilene carbonato (EC), dietilcarbonato (DEC) e litio esafluorofosfato (LiPF6).la perdita di massa iniziale può essere attribuita all'evaporazione del dietilcarbonato, dato che i numeri di massa associati a questo composto (45, 59, 63, 75 e 91) raggiungono un picco intorno a 150oC, come si vede nella Figura 2, mentre lo spettro di massa del dietilcarbonato NIST library è mostrato nella Figura 3.
Quando questo elettrolita viene esposto all'atmosfera ambiente, la stabilità e la composizione iniziano a cambiare. La trasformazione è visibile nelle Figure 4 e 5, dove i segnali DSC e TGA dell'elettrolita non trattato sono tracciati insieme ai segnali dei campioni di elettrolita esposti all'atmosfera ambiente per varie durate. L'analisi dei gas evoluti (Figura 6) conferma i cambiamenti radicali rispetto al campione non trattato, in quanto l'indicatore principale è che i numeri di massa relativi a DEC (45, 59, 63, 75 e 91) non sono più presenti nel campione esposto.
Conclusione
Gli elettroliti delle batterie agli ioni di litio sono materiali noti che sono sensibili all'esposizione ai gas atmosferici ambientali. Come illustrato, gli analizzatori di gas termici ed evoluti possono essere utilizzati per studiare questa proprietà del materiale che potrebbe compromettere la funzionalità e la sicurezza del prodotto. La nota applicativa completa è disponibile qui!