03.09.2025 by Aileen Sammler
Melhorando a segurança das baterias de íon-lítio: Análise térmica e cinética de eletrólitos LiPF₆ com o NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Descubra como Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e o Kinetics Neo software da NETZSCH melhoram a segurança das baterias de íon-lítio analisando a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele 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 cinética dos eletrólitos à base de LiPF₆, evitando o descontrole térmico e otimizando o desempenho.
As baterias de íon-lítio (LIBs) alimentam nossos smartphones, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renovável. Como a demanda global aumenta rapidamente, a segurança e a confiabilidade se tornaram as principais prioridades. As estruturas regulatórias, como a Regulamentação de Baterias da UE 2023 e as normas internacionais, agora impõem requisitos rigorosos aos testes de segurança térmica das baterias.
No centro de cada LIB está o eletrólito, e um dos sais mais usados em solventes de carbonato é o LiPF₆. Ionic Embora o LiPF₆ apresente excelente condutividade e compatibilidade com ânodos de grafite, ele é térmica e quimicamente instável. Essa instabilidade pode desencadear o descontrole térmico, uma grande preocupação de segurança na mobilidade elétrica e no armazenamento estacionário.
Para enfrentar esses desafios, pesquisadores e fabricantes contam com a caracterização avançada de materiais. Nesta nova nota de aplicação, um DSC NETZSCH combinado com o software Kinetics Neo foi usado para analisar a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele 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 a cinética de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição de eletrólitos baseados em LiPF₆.
Principais resultados do estudo
Eventos térmicos identificados por DSC
Um DSC NETZSCH foi usado para analisar LiPF₆ em um sistema de solvente de carbonato misto (EMC+DMC+EC, 1:1:1). Os seguintes efeitos térmicos foram detectados acima de 190°C:
- Pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico (≈230°C) → Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição de LiPF₆ e interações específicas do solvente
- Pico ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico (≈250°C) → interação de LiPF₆ com EC, reações de clivagem de anel
- Pico ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico amplo (≈290°C) → reações de polimerização, produtos semelhantes a PEO, liberação de CO₂
Análise cinética com o software Kinetics Neo
- A avaliação cinética confirmou um modelo de reação em três etapas com energias de ativação de 146,3, 137,2 e 118,6 kJ/mol.
- A correlação entre os dados medidos e calculados atingiu R² = 0,997, indicando uma excelente concordância entre os dados experimentais e simulados
Previsões para cenários da vida real
- Previsão isotérmica: A Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição começou após ≈1 dia a 150°C, após ≈9 dias a 130°C e após ≈24 dias a 120°C.
- Previsão adiabática: Em condições adiabáticas, a 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 ocorreu após ≈5 dias a 150°C.
Por que isso é importante para o atual setor de baterias
- A segurança da bateria é um desafio crítico nos veículos elétricos e no armazenamento em rede.
- A conformidade com os regulamentos exige uma análise detalhada da Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele 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 dos eletrólitos.
- Os desenvolvedores de materiais podem otimizar as formulações para minimizar os riscos e prolongar a vida útil da bateria.
Combinando a Calorimetria Exploratória Diferencial(DSC) e a Kinetics NeoNETZSCH fornece um poderoso kit de ferramentas para prever o comportamento do eletrólito em condições reais de operação e abuso.
Benefícios do NETZSCH DSC para pesquisa de baterias
O instrumento de análise NETZSCH DSC 300 Caliris® apresenta sensibilidade e flexibilidade excepcionais, o que o torna a ferramenta ideal para analisar eletrólitos e materiais de baterias.
No contexto da segurança das baterias de íon-lítio, o DSC permite que os pesquisadores determinem com precisão as Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase, 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 e os eventos de fluxo de calor que são essenciais para identificar o início da 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. Com seu design modular e cadinhos de alta pressão, o DSC Caliris® permite obter resultados confiáveis, mesmo para sistemas de eletrólitos voláteis.
Benefícios do site Kinetics Neo na análise de segurança de baterias
O softwareKinetics Neo amplia as medições de DSC, permitindo simulações preditivas em condições reais. Para os desenvolvedores de baterias, isso significa que os dados de um conjunto de três experimentos de aquecimento DSC podem ser usados para modelar a estabilidade de armazenamento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico, condições adiabáticas e diferentes perfis de temperatura.
Isso permite previsões precisas do comportamento do eletrólito durante a operação, o transporte ou cenários de abuso, apoiando o projeto de sistemas de baterias mais seguros e duradouros.
Conclusão
A combinação dos softwares NETZSCH DSC e Kinetics Neo oferece percepções essenciais sobre a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele 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 cinética dos eletrólitos à base de LiPF₆. Esses resultados ajudam diretamente os desenvolvedores de baterias a evitar o descontrole térmico, garantindo a conformidade com os padrões de segurança e impulsionando a transição para sistemas seguros e sustentáveis de mobilidade eletrônica e armazenamento de energia.
leia a nota de aplicação completa aqui:
Saiba mais sobre os instrumentos DSC NETZSCH e o software Kinetics Neo
