03.09.2025 by Aileen Sammler
Migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio: Analisi termica e cinetica degli elettroliti LiPF₆ con NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Scoprite come Calorimetria differenziale a scansione (DSC) e il Kinetics Neo software di NETZSCH migliorano la sicurezza delle batterie agli ioni di litio, analizzando 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 cinetica degli elettroliti a base di LiPF₆, prevenendo il runaway termico e ottimizzando le prestazioni.
Le batterie agli ioni di litio (LIB) alimentano i nostri smartphone, i veicoli elettrici e i sistemi di accumulo di energia rinnovabile. Con il rapido aumento della domanda globale, la sicurezza e l'affidabilità sono diventate priorità assolute. I quadri normativi, come il regolamento UE sulle batterie 2023 e gli standard internazionali, impongono ora requisiti rigorosi per i test di sicurezza termica delle batterie.
Il cuore di ogni LIB è l'elettrolita e uno dei sali più utilizzati nei solventi carbonatici è il LiPF₆. Sebbene il LiPF₆ sia caratterizzato da un'eccellente conduttività Ionic e dalla compatibilità con gli anodi di grafite, è termicamente e chimicamente instabile. Questa instabilità può innescare la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica, un problema di sicurezza importante per la mobilità elettrica e lo stoccaggio stazionario.
Per affrontare queste sfide, ricercatori e produttori si affidano alla caratterizzazione avanzata dei materiali. In questa nuova nota applicativa, un DSC NETZSCH combinato con il software Kinetics Neo è stato utilizzato per analizzare 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 la cinetica di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione degli elettroliti a base di LiPF₆.
Risultati chiave dello studio
Eventi termici identificati mediante DSC
È stato utilizzato un DSC NETZSCH per analizzare il LiPF₆ in un sistema misto di solventi carbonatici (EMC+DMC+EC, 1:1:1). Al di sopra dei 190°C sono stati rilevati i seguenti effetti termici:
- Picco EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico (≈230°C) → Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del LiPF₆ e interazioni specifiche del solvente
- Picco EsotermicoUna transizione di campioni o una reazione è esotermica se viene generato calore.esotermico (≈250°C) → interazione di LiPF₆ con EC, reazioni di scissione dell'anello
- Ampio picco EsotermicoUna transizione di campioni o una reazione è esotermica se viene generato calore.esotermico (≈290°C) → reazioni di Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione, prodotti simili al PEO, rilascio di CO₂
Analisi cinetica con il software Kinetics Neo
- La valutazione cinetica ha confermato un modello di reazione a tre fasi con energie di attivazione di 146,3, 137,2 e 118,6 kJ/mol.
- La correlazione tra i dati misurati e calcolati ha raggiunto R² = 0,997, indicando un eccellente accordo tra dati sperimentali e simulati
Previsioni per scenari reali
- Previsione isoterma: La Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione è iniziata dopo ≈1 giorno a 150°C, dopo ≈9 giorni a 130°C e dopo ≈24 giorni a 120°C.
- Previsione adiabatica: In condizioni adiabatiche, la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica si è verificata dopo ≈5 giorni a 150°C.
Perché è importante per l'industria delle batterie di oggi
- La sicurezza delle batterie è una sfida cruciale per i veicoli elettrici e lo stoccaggio in rete.
- La conformità alle normative richiede un'analisi approfondita della 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 degli elettroliti.
- Gli sviluppatori di materiali possono ottimizzare le formulazioni per ridurre al minimo i rischi e prolungare la durata delle batterie.
Combinando la calorimetria a scansione differenziale(DSC) e il metodo di analisi termica(DSC), fornisce un potente kit di strumenti Kinetics NeoNETZSCH fornisce un potente kit di strumenti per prevedere il comportamento degli elettroliti in condizioni operative e di abuso reali.
Vantaggi del DSC NETZSCH per la ricerca sulle batterie
Lo strumento di analisi NETZSCH DSC 300 Caliris® è caratterizzato da sensibilità e flessibilità eccezionali, che lo rendono lo strumento ideale per l'analisi degli elettroliti e dei materiali delle batterie.
Nel contesto della sicurezza delle batterie agli ioni di litio, il DSC consente ai ricercatori di determinare con precisione le Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso.transizioni di fase, 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 e gli eventi di flusso di calore che sono fondamentali per identificare l'insorgere di una Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica. Grazie al suo design modulare e ai crogioli ad alta pressione, il DSC Caliris® consente di ottenere risultati affidabili, anche per sistemi di elettroliti volatili.
Vantaggi di Kinetics Neo nell'analisi della sicurezza delle batterie
Il softwareKinetics Neo estende le misure DSC consentendo simulazioni predittive in condizioni reali. Per gli sviluppatori di batterie, ciò significa che i dati di una serie di tre esperimenti di riscaldamento DSC possono essere utilizzati per modellare la stabilità dell'accumulo IsotermicoI test a temperatura controllata e costante sono detti isotermici.isotermico, le condizioni adiabatiche e i diversi profili di temperatura.
Ciò consente di prevedere con precisione il comportamento dell'elettrolita durante il funzionamento, il trasporto o gli scenari di abuso, favorendo la progettazione di sistemi di batterie più sicuri e duraturi.
Conclusione
La combinazione del software NETZSCH DSC e Kinetics Neo fornisce informazioni essenziali sulla 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 cinetica degli elettroliti a base di LiPF₆. Questi risultati aiutano direttamente gli sviluppatori di batterie a prevenire la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica, a garantire la conformità agli standard di sicurezza e a guidare la transizione verso sistemi di mobilità elettrica e di stoccaggio dell'energia sicuri e sostenibili.
? Leggete qui la nota applicativa completa:
Per saperne di più sugli strumenti DSC NETZSCH e sul software Kinetics Neo
