現在、電池の研究に多大な努力が注がれている。その目標は、より優れたエネルギー密度と出力密度、そしてより効率的なエネルギー貯蔵を可能にする新材料を見つけることである。そのためには、負極・正極材料、セパレーター、電解質、境界層などの材料の製造と特性評価のための高度な装置が必要です。
電池業界向けの原材料を開発または生産する場合、次のようなことが考えられます。
- ナノ/アモルファス/低結晶性材料の特性評価
- 温度の関数としての材料挙動と材料安定性を理解する。
- 発生ガスの化学的同定（反応、分解、脱離）を行う。
- 電池原料の熱安定性を理解する。
- 相変態、相図の取得
- セルやパックの熱モデリングプログラムに組み込むための熱特性データの取得
新しい原料が選択されると、電極の設計はその製造と使用に関連する問題につながります。私たちNETZSCH は、これらの電極、セパレータ、電解質を特性評価するための装置一式をお届けします。
電池部品を開発または製造する場合、次のようなことが考えられます：
- 焼結時の収縮や重量減少、熱膨張などの熱機械特性の評価
- 電極の熱伝導率の特性評価
- 同じ気孔率の電極の熱容量と熱伝導率を測定する。
- カソードの熱安定性の向上
- 高圧下での電極の熱挙動を分析する
- コンポーネント間の非互換性問題の検出
- 製造およびプロセスのスケールアップのためのQC手法の開発
用途ごとに要求される性能や制約は異なります。どのケミストリーもすべてのアプリケーションに適したソリューションではありません。アプリケーションのニーズが変化し、新しい技術が利用可能になると、コンポーネントの変更が必要になる場合があります。適切に設計された熱管理システムは、バッテリーセルの寿命と性能にとって非常に重要です。電気化学デバイスである電池の性能と寿命は温度の影響を受けます。高温は副反応と界面境界の分解反応を増加させ、電池寿命を短くし、電池交換コストを増加させます。
精密に校正されたバッテリー・システムの開発には、充放電サイクルの全範囲でバッテリー・セルから発生する熱の正確な測定と、虐待試験中の挙動が不可欠です。
バッテリーセルを開発または製造する場合、以下のことが考えられます：
- セル設計がバッテリー性能に与える影響を理解する。
- リチウムイオンセルまたはその構成部品が高発熱（発熱）反応を示す可能性のある温度を知る。
- 反応中に放出されるエネルギー量、反応速度、および生成される分解ガスによって生じる圧力レベルを知る
- 電池の釘刺し試験や破砕試験の影響を評価する。
バッテリーが充電または放電されると、熱が発生し吸収されます。等温熱量測定とバッテリーサイクラーを組み合わせることで、熱の流れを明確にし、バッテリーのライフサイクルを分析することができます。温度、充放電速度、放電深度は、それぞれセルのサイクル寿命に大きな影響を与えます。新しい電池の設計（新材料の選択および/または新しい部品の組み立て）は、熱量測定によって評価することができます。3Dセンサーを搭載した加速度熱量計(ARC®)は、等温モードでの試験が可能で、装置とオペレーターの安全性が確保されています。
電池の性能を分析する場合、次のようなことが考えられます：
- バッテリーモジュールからの正確な発熱データの収集
- 装置を破壊する危険を冒すことなく、完全な安全性で充放電試験を実施する。
- 本来の性能が劣化していないかどうかを把握する。
- 経年劣化やサイクルの影響を評価するために、経時的な性能特性を取得する。
- より良い電池モジュールにつながる可能性のある物理的・電気化学的設計変更の評価
バッテリーの寿命が尽きると、回収され、再生されるか、要求の少ない用途に再利用されるか、あるいはバッテリーが分解され、各部品がリサイクルされる。電池はさまざまなポリマー、酸化物、金属材料の集合体で作られています。熱分析はこの分野で有用な特性評価ツールです。
電池のリサイクル業務に携わっている方は、
。
- 主成分の物理的分離の実行可能性を評価する。
- 電池を破片に変換する際の、異なる成分の放出効率の評価
- 断片化された電池の各成分の特性評価
- ナノ/アモルファス/結晶性の低いリサイクル材料の特性評価
- 温度によるリサイクル材料の安定性の材料挙動を理解する。
リチウムイオンバッテリー技術は、ポータブルパワーアプリケーションに多くの利点をもたらしますが、1つの大きな懸念は安全性です。電池開発者は、性能を損なうことなく、より安全な電池を設計できるツールを必要としています。
最悪のシナリオ」（熱暴走）スキームにより、断熱熱量測定は、リチウムイオンセルまたはそのコンポーネントが高発熱（発熱性）反応を示す温度や関連する圧力など、多くの適切な答えを提供することができます。等温熱量測定では、熱暴走によって得られる熱管理のための情報を直接得ることができます。
電池原料の開発や生産、電池セルや電池パックの設計を行う場合、次のようなことが考えられます：
- 通常時と異常時のバッテリーの熱暴走を調査する。
- 熱量計で電池セルが爆発したときに発生する圧力を分析する。
- 個々の部品の分解によって内部短絡が発生する温度を理解する。
- 内部短絡がセル内にホットスポットを発生させるとき、化学的および熱的に何が起こるかを理解する
- ホットスポットが成長し、セルが消費される可能性が低くなるよう に設計されたセルを設計することができる。
- 熱分解中のセル内部の温度と圧力のデータに基づ いて、熱安全装置（ベント、CID、PTC など）を設計、select 、または指定し、これらの装置が故障の結 果を緩和するためにどの程度機能するかを知る。
- 潜在的なリスクと危険性に関して個々のセルを分類する。
- 装置を破壊するリスクなしに、等温充放電試験を完全に安全に実行する。
- 隣接セル間の熱輸送によるセル故障の連鎖反応の可能性を低減する
ホワイトペーパー
- ホワイトペーパー電池の安全性（熱暴走）-先進電池試験のための断熱熱量測定（英語版）
- ホワイトペーパーバッテリーサイクル - 等温熱量測定によるバッテリー試験の進歩（英語版）