Введение
Литий-ионные монетоприемники становятся все более популярными. Они обладают более высокой плотностью мощности и емкостью и могут перезаряжаться. Внутри элемента происходит множество сложных химических и физических изменений, зависящих от времени, температуры и циклической нагрузки. Количество тепла, выделяемого или поглощаемого во время этих физико-химических изменений, и скорость изменения энергии в монетном элементе дают дополнительную информацию о химическом составе элемента и могут ускорить процесс разработки батареи.
Нагрев монетных элементов и тщательное наблюдение за процессом разложения дает информацию не только о безопасности, но и о том, как происходят образования внутри элемента. Например, можно отчетливо увидеть распад межфазной структуры солидэлектролита (SEI) как один из первых тепловых признаков разложения элемента. Путем точного измерения температуры, энергии и скорости высвобождения энергии можно оценить прочность образования SEI; чем larger пик разложения, тем больше энергии хранится в слое SEI.
ДСК-тестирование клеточного материала - проверенный способ создания изначально более безопасных клеток и улучшения разработок. Получение четких температур начала основных экзотермических процессов разложения внутри ячейки и измерение кинетики этих процессов при более высоких температурах имеет решающее значение для понимания поведения различных химических элементов, подверженных внутреннему короткому замыканию или горячему воздействиюots. Разработка более надежных химикатов - один из важных путей предотвращения или снижения рисков и опасностей, связанных с отказами в полевых условиях. Small инвестиции на этом этапе разработки могут иметь large финансовые выгоды в течение срока службы продукта в дальнейшем.
Раньше такой тест ДСК проводился путем извлечения материала ячейки из монеты и проведения теста в обычном ДСК. Теперь, с появлением нового высокотемпературного модуля для монетных элементов от NETZSCH, ДСК-сканирование можно проводить на месте на всей батарее монетных элементов. В этом приложении впервые показано сканирование ДСК коммерческой литий-ионной батареи монетных элементов от комнатной температуры до 300°C.
Приборы
В качестве нового прибора используется высокотемпературный модуль монетных элементов на NETZSCH Многомодульный калориметр (MMC)Многорежимный калориметрический прибор, состоящий из базового блока и сменных модулей. Один модуль подготовлен для ускоренной калориметрии (ARC), ARC-Module. Второй используется для сканирующих тестов (Scanning Module), а третий связан с тестированием батарей для монетных элементов (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (рис. 1). Это единственная в мире ДСК-подобная система для исследованияarcч и контроля качества батарей монетных элементов. Ключевым компонентом нового прибора является датчик (рис. 2 и 3). В нем применена инновационная конструкция дифференциального измерения на основе термобатарей для повышения чувствительности и стабильности измерения теплового потока. Датчик предназначен для установки стандартных или прототипных монетных элементов питания в качестве образцов или эталонов. Внешний батарейный циклер может быть легко подключен к прибору через разъем LEMO. Изотермическое циклирование монетных элементов может быть легко выполнено при различных условиях зарядки/разрядки. Новый надежный прибор также может проводить ДСК-сканирование целого элемента, что ранее было невозможно.
Результаты
С помощью модуля HT Coin Cell было проведено сканирование ДСК коммерческого литий-ионного монетного элемента LiR2032 от комнатной температуры до 300°C со скоростью 1K/мин. На рисунке 4 представлен результат теплового потока. Это первые в мире данные такого рода. На нем показаны многочисленные реакции, происходящие при разрушении монетной ячейки при нагревании. Очевидно, что за экзотермическим распадом SEI следует плавление сепаратора при температуре около 130 °C (резкое эндотермическое событие). Эта эндотерма происходит почти одновременно с реакцией между электролитом и литием. Разложение электролита и реакция между литием и связующим происходят при более высокой температуре.
Этот результат согласуется с опубликованными результатами моделирования ДСК различных компонентов ячейки (рисунок 5) [1]. На рисунке 6 показано изображение монетной ячейки до и после испытания. Как и ожидалось, ячейка была разрушена под воздействием высокой температуры. Но датчик монетоприемника HT остался цел благодаря своей надежной конструкции.
Заключение
Новый модуль HT Coin Cell Module на сайте NETZSCH Многомодульный калориметр (MMC)Многорежимный калориметрический прибор, состоящий из базового блока и сменных модулей. Один модуль подготовлен для ускоренной калориметрии (ARC), ARC-Module. Второй используется для сканирующих тестов (Scanning Module), а третий связан с тестированием батарей для монетных элементов (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® открыл новые возможности для исследования монетных элементов питанияarch. Датчик инновационной конструкции делает возможным тестирование всего монетного элемента. Теперь на монетовидном элементе можно проводить ДСК-сканирование при температуре до 300°C. Можно обнаружить множество событий во время распада элемента. Такая информация поможет специалистам по аккумуляторам понять, что произойдет, когда элемент подвергнется воздействию высокой температуры или внутреннего короткого замыкания, чтобы они могли разрабатывать элементы с более высокой производительностью и безопасностью.