Introdução
Os separadores desempenham um papel fundamental nas baterias de íons de lítio, pois separam fisicamente o ânodo e o cátodo e permitem a passagem de íons de lítio entre os eletrodos. Diferentes materiais e tecnologias são usados nos separadores para atender a diferentes requisitos de segurança, desempenho e custo. Um grupo de separadores comumente usado em baterias de íons de lítio são os separadores de poliolefina, pois são quimicamente resistentes a eletrólitos, fáceis de produzir e relativamente econômicos.
No caso de estudos competitivos, a caracterização e a identificação de separadores podem ser essenciais para garantir a qualidade e melhorar o desempenho de uma bateria.
Duas folhas de separador diferentes foram investigadas pela técnica TGA-FT-IR para determinar o comportamento de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição e identificar a composição.
Medição e discussão
As condições de medição estão detalhadas na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição
| Instrumento | NETZSCH TG Libra® acoplado ao Bruker FT-IR INVENIO |
|---|---|
| Programa de temperatura | RT a 850°C |
| Taxa de aquecimento | 10 K/min |
| Gás de purga | Nitrogênio, 40 ml/min |
| Cadinhos | Al2O3, 85 μl, aberto |
A Figura 1 mostra uma comparação das curvas de TGA (amostra A: verde; amostra B: vermelha) de duas folhas separadoras. Ambas as amostras foram aquecidas a 850°C sob uma atmosfera inerte, resultando em PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise completa. Como resultado, nenhum conteúdo de Carbono pirolíticoO carbono pirolítico é o carbono gerado pela pirólise de matéria orgânica em uma atmosfera livre de oxigênio. carbono pirolítico ou de cinzas pôde ser identificado. No entanto, foi observado um pequeno desvio na temperatura de início da Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição (437°C para a amostra A vs. 447°C para a amostra B). Portanto, é provável que dois materiais diferentes tenham sido usados para essas folhas separadoras. Com a ajuda da função c-DTA®, os pontos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão dessas duas amostras também puderam ser determinados. Novamente, foi detectada uma diferença significativa de 116°C vs. 168°C.
O derretimento de uma folha separadora é um importante recurso de segurança para baterias. Nas baterias modernas, muitos separadores têm a chamada "função de desligamento". Isso significa que, quando superaquecido, o separador derrete ou fecha seus poros, interrompendo o fluxo de corrente e, assim, protegendo a bateria antes que ocorra uma perigosa Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica.
As curvas de Gram Schmidt mostram as intensidades totais de IR. Elas estão em boa correlação com as curvas TGA e DTG.
A identificação do material do separador é executada de forma exemplar para a amostra A. O recurso Identify do site Proteus® contém vários milhares de conjuntos de dados medidos para diferentes métodos de análise térmica e diferentes classes de materiais que podem ser comparados com os dados atuais. Aqui, a curva TGA e o Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão determinado por c-DTA da amostra A são comparados com os dados da biblioteca de polímeros. Eles mostram alta similaridade com o polipropileno (curvas rosa); veja a figura 2.
Como prova adicional, os espectros da fase gasosa detectados pelo FT-IR a 462°C foram comparados com os do banco de dados de polímeros TGAFT-IR, que contém os espectros de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise de todos os polímeros típicos. Novamente, foi encontrada alta similaridade com o polipropileno; veja a figura 3.
Antes de uma medição de TGA-FT-IR, um espectro de ATR-IR também pode ser útil para a identificação. A folha separadora foi colocada no cristal de diamante ATR e um espectro de IV foi obtido do material sólido; veja a figura 4. A comparação do espectro com a biblioteca também revelou alta similaridade com o polipropileno, conforme mostrado na figura 5.
Resumo
A combinação de uma termobalança (TGA) e um sistema FT-IR fornece um conjunto complementar de dados de medição, como Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão, comportamento de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, teor de cinzas, teor de enchimento e identificação dos gases liberados, a partir de apenas uma medição de amostra. Nesse exemplo, a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e o material das folhas separadoras podem ser identificados usando a biblioteca Identify, o banco de dados TGA-FT-IR de polímeros e o espectro ATR do composto sólido com apenas uma configuração de instrumento.