03.09.2025 by Aileen Sammler
Îmbunătățirea siguranței bateriilor litiu-ion: Analiza termică și cinetică a electroliților LiPF₆ cu NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Descoperiți cum Calorimetria diferențială de scanare (DSC) și Kinetics Neo software de la NETZSCH îmbunătățesc siguranța bateriilor litiu-ion prin analizarea stabilității termice și cinetice a electroliților pe bază de LiPF₆ și prin prevenirea scăpării termice și optimizarea performanței.
Bateriile litiu-ion (LIB) alimentează smartphone-urile noastre, vehiculele electrice și sistemele de stocare a energiei regenerabile. Pe măsură ce cererea globală crește rapid, siguranța și fiabilitatea au devenit priorități absolute. Cadrele de reglementare precum Regulamentul UE 2023 privind bateriile și standardele internaționale impun în prezent cerințe stricte privind testarea siguranței termice a bateriilor.
În centrul fiecărei baterii LIB se află electrolitul, iar una dintre cele mai utilizate săruri în solvenți carbonați este LiPF₆. Deși LiPF₆ prezintă o conductivitate Ionic excelentă și compatibilitate cu anozii de grafit, acesta este instabil din punct de vedere termic și chimic. Această instabilitate poate declanșa Runaway termicRunaway-ul termic este situația în care un reactor chimic este scăpat de sub control în ceea ce privește producția de temperatură și/sau presiune cauzată de reacția chimică în sine. Simularea unei scăpări de sub control termic se realizează, de obicei, cu ajutorul unui dispozitiv calorimetric conform metodei calorimetriei accelerate (ARC).scăparea de sub control termic, o problemă majoră de siguranță în mobilitatea electrică și în stocarea staționară.
Pentru a face față acestor provocări, cercetătorii și producătorii se bazează pe caracterizarea avansată a materialelor. În această nouă notă de aplicație, un DSC NETZSCH combinat cu software-ul Kinetics Neo a fost utilizat pentru a analiza stabilitatea termică și cinetica de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere a electroliților pe bază de LiPF₆.
Principalele rezultate ale studiului
Evenimente termice identificate prin DSC
Un DSC NETZSCH a fost utilizat pentru a analiza LiPF₆ într-un sistem de solvent carbonat mixt (EMC+DMC+EC, 1:1:1). Următoarele efecte termice au fost detectate peste 190°C:
- Pic EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic (≈230°C) → descompunerea LiPF₆ și interacțiuni specifice solventului
- Pic ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermic (≈250°C) → interacțiunea LiPF₆ cu EC, reacții de scindare a inelelor
- Pic ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură. exotermal larg (≈290°C) → reacții de polimerizare, produse asemănătoare PEO, eliberarea CO₂
Analiza cinetică cu ajutorul software-ului Kinetics Neo
- Evaluarea cinetică a confirmat un model de reacție în trei etape cu energii de activare de 146,3, 137,2 și 118,6 kJ/mol.
- Corelația dintre datele măsurate și cele calculate a atins R² = 0,997, indicând un acord excelent între datele experimentale și cele simulate
Predicții pentru scenarii reale
- Predicție izotermă: Descompunerea a început după ≈1 zi la 150°C, după ≈9 zile la 130°C și după ≈24 zile la 120°C.
- Predicție AdiabaticAdiabatic descrie un sistem sau un mod de măsurare fără niciun schimb de căldură cu mediul înconjurător. Acest mod poate fi realizat utilizând un dispozitiv calorimetric în conformitate cu metoda calorimetriei cu rată de accelerare (ARC). Scopul principal al unui astfel de dispozitiv este de a studia scenariile și reacțiile termice scăpate de sub control. O scurtă descriere a modului adiabatic este "nu intră căldură - nu iese căldură".adiabatică: În condiții adiabatice, scăparea termică a avut loc după ≈5 zile la 150°C.
De ce este important pentru industria bateriilor de astăzi
- Siguranța bateriilor este o provocare esențială în cazul vehiculelor electrice și al stocării în rețea.
- Conformitatea cu reglementările necesită o analiză aprofundată a stabilității termice a electroliților.
- Dezvoltatorii de materiale pot optimiza formulările pentru a minimiza riscurile și a prelungi durata de viață a bateriei.
Prin combinarea calorimetriei diferențiale de scanare(DSC) și Kinetics Neo, NETZSCH oferă un set de instrumente puternic pentru prezicerea comportamentului electrolitului în condiții reale de funcționare și abuz.
Avantajele NETZSCH DSC pentru cercetarea bateriilor
Instrumentul de analiză NETZSCH DSC 300 Caliris® are o sensibilitate și o flexibilitate excepționale, ceea ce îl face instrumentul ideal pentru analiza electroliților și a materialelor pentru baterii.
În contextul siguranței bateriilor litiu-ion, DSC permite cercetătorilor să determine cu precizie tranzițiile de fază, temperaturile de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere și evenimentele de flux termic care sunt esențiale pentru identificarea debutului scăpării de sub control termic. Cu designul său modular și creuzetele de înaltă presiune, DSC Caliris® permite obținerea unor rezultate fiabile, chiar și pentru sistemele cu electrolit volatil.
Avantajele Kinetics Neo în analiza siguranței bateriilor
Software-ulKinetics Neo extinde măsurătorile DSC permițând simulări predictive în condiții reale. Pentru dezvoltatorii de baterii, aceasta înseamnă că datele dintr-un set de trei experimente de încălzire DSC pot fi utilizate pentru a modela stabilitatea stocării izoterme, condițiile adiabatice și diferite profiluri de temperatură.
Acest lucru permite predicții precise ale comportamentului electrolitului în timpul funcționării, transportului sau scenariilor de abuz - sprijinind proiectarea unor sisteme de baterii mai sigure și mai durabile.
Concluzie
Combinația dintre software-ul NETZSCH DSC și Kinetics Neo oferă informații esențiale privind stabilitatea termică și cinetică a electroliților pe bază de LiPF₆. Aceste rezultate sprijină în mod direct dezvoltatorii de baterii în prevenirea scăpării de sub control termic, asigurând conformitatea cu standardele de siguranță și conducând tranziția către sisteme sigure și durabile de e-mobilitate și stocare a energiei.
? Citiți nota de aplicație completă aici:
Aflați mai multe despre NETZSCH Instrumente DSC și Kinetics Neo Software
