Estabilidade térmica do eletrólito da bateria de íons de lítio

largeAs baterias de íon de lítio são agora um item de uso diário consistente, quer estejamos cientes delas ou não. Elas podem ser encontradas alimentando nossos telefones celulares, laptops e itens como veículos elétricos e aviões. Frequentemente ouvimos histórias negativas sobre contratempos que ocorrem com elas, como baterias que pegam fogo. Um dos componentes encontrados em uma bateria de íon de lítio que normalmente é responsável por esses efeitos prejudiciais é o eletrólito.

Experimental

No estudo a seguir, vários experimentos foram conduzidos por meio de TGA, DSC e análise de gás evoluído para investigar um eletrólito comumente usado (1,0 M _LiPF6 em EC/DEC=50/50 (v/v) adquirido da Sigma-Aldrich), submetendo-o à exposição à atmosfera ambiente (_N2,_O2, _H2O,_CO2, etc.).as amostras foram preparadas em um saco de luvas purgado com argônio, utilizando aproximadamente 8 a 10 mg de solução eletrolítica pipetada em cadinhos de alumínio de 40 μl, que foram vedados com tampas de cadinho de alumínio com um orifício de 50 μm cortado a laser para permitir a saída de gases. As amostras foram carregadas e medidas com o equipamento NETZSCH STA 449 F1 Jupiter^® acoplado a um QMS 403 Aëolos^®utilizando uma taxa de aquecimento de ^5oC/mine argônio como gás de purga. A análise termogravimétrica (TGA) foi utilizada para medir 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 as temperaturas de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, enquanto a análise de gás evoluído (EGA) por espectrometria de massa (MS) identificou os produtos liberados.

Figura 1: Gráficos TGA-DSC-DTG de EC-DEC-LiPF6 não tratado

Figura 2: Curvas de corrente de íons MS 45, 59, 63, 75 e 91 correspondentes ao DEC

Resultados e discussão

A Figura 1 mostra as curvas TGA (verde), DTG (marrom) e DSC (azul) de uma amostra de eletrólito não tratada que consiste em carbonato de etileno (EC), carbonato de dietila (DEC) e hexafluorofosfato de lítio (_LiPF6).a perda de massa inicial pode ser atribuída à evaporação do carbonato de dietila, já que os números de massa associados a esse composto (45, 59, 63, 75 e 91) atingem um pico em torno de ^150oC, conforme observado na Figura 2, com o espectro de massa NIST library do carbonato de dietila mostrado na Figura 3.

Quando esse eletrólito é exposto à atmosfera ambiente, a estabilidade e a composição começam a mudar. A transformação pode ser vista nas Figuras 4 e 5, nas quais os sinais de DSC e TGA do eletrólito não tratado são plotados ao lado dos sinais das amostras de eletrólito que foram expostas à atmosfera ambiente por várias durações. A análise de gás evoluído (Figura 6) confirma mudanças radicais quando comparada à amostra não tratada, pois o maior indicador foi que os números de massa pertencentes a DEC (45, 59, 63, 75 e 91) não estavam mais presentes na amostra exposta.

Figura 4: Comparação das curvas TGA de EC-DEC-LiPF6 com diferentes tempos de exposição

Figura 5: Comparação das curvas DSC de EC-DEC-LiPF6 com diferentes tempos de exposição

Figura 6: Comparação dos sinais de TGA e MS de uma amostra de eletrólito não tratada e exposta

Conclusão

Os eletrólitos de baterias de íons de lítio são materiais conhecidos que são sensíveis à exposição a gases atmosféricos ambientais. Conforme mostrado, os analisadores de gás térmico e evoluído podem ser usados para investigar essa propriedade do material que pode comprometer a funcionalidade e a segurança do produto. A nota de aplicação completa está disponível aqui!