03.09.2025 by Aileen Sammler
Повышение безопасности литий-ионных батарей: Термический и кинетический анализ электролитов LiPF₆ с помощью NETZSCH DSC & Kinetics Neo
Узнайте, как Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) и Kinetics Neo программное обеспечениеNETZSCH повышают безопасность литий-ионных аккумуляторов, анализируя термическую и кинетическую стабильность электролитов на основе LiPF₆, предотвращая тепловой разгон и оптимизируя производительность.
Литий-ионные батареи (LIB) питают наши смартфоны, электромобили и системы хранения возобновляемой энергии. По мере быстрого роста мирового спроса безопасность и надежность становятся главными приоритетами. Нормативные акты, такие как EU Battery Regulation 2023 и международные стандарты, предъявляют строгие требования к испытаниям батарей на термическую безопасность.
В основе каждой LIB лежит электролит, и одной из наиболее широко используемых солей в карбонатных растворителях является LiPF₆. Хотя LiPF₆ обладает отличной проводимостью Ionic и совместимостью с графитовыми анодами, он термически и химически нестабилен. Эта нестабильность может вызвать тепловой разгон, что является одной из основных проблем безопасности в электромобилях и стационарных хранилищах.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи и производители полагаются на передовые методы определения характеристик материалов. В этой новой статье для анализа термической стабильности и кинетики разложения электролитов на основе LiPF₆ использовался прибор NETZSCH DSC в сочетании с программным обеспечением Kinetics Neo.
Основные результаты исследования
Термические события, идентифицированные с помощью ДСК
Для анализа LiPF₆ в смешанной системе карбонатных растворителей (EMC+DMC+EC, 1:1:1) использовалась ДСК NETZSCH. При температуре выше 190°C были обнаружены следующие тепловые эффекты:
- Эндотермический пик (≈230°C) → разложение LiPF₆ и специфические для растворителя взаимодействия
- Экзотермический пик (≈250°C) → взаимодействие LiPF₆ с ЭК, реакции расщепления кольца
- Широкий экзотермический пик (≈290°C) → реакции полимеризации, ПЭО-подобные продукты, высвобождение CO₂
Кинетический анализ с помощью программного обеспечения Kinetics Neo
- Кинетическая оценка подтвердила трехстадийную модель реакции с энергиями активации 146,3, 137,2 и 118,6 кДж/моль.
- Корреляция между измеренными и рассчитанными данными достигла R² = 0,997, что свидетельствует об отличном согласии между экспериментальными и смоделированными данными
Предсказания для реальных сценариев
- Изотермическое предсказание: Разложение началось через ≈1 день при 150°C, через ≈9 дней при 130°C и через ≈24 дня при 120°C.
- Адиабатическое предсказание: В адиабатических условиях тепловой разрыв произошел через ≈5 дней при 150°C.
Почему это важно для современной аккумуляторной промышленности
- Безопасность аккумуляторов является критически важной задачей при использовании электромобилей и систем хранения данных.
- Соответствие нормативным требованиям требует глубокого анализа термической стабильности электролитов.
- Разработчики материалов могут оптимизировать составы, чтобы минимизировать риски и продлить срок службы батарей.
Сочетая дифференциальную сканирующую калориметрию(ДСК) и Kinetics Neo, NETZSCH предоставляет мощный набор инструментов для прогнозирования поведения электролита в реальных условиях эксплуатации и злоупотреблений.
Преимущества NETZSCH DSC для исследований аккумуляторов
Аналитический прибор NETZSCH DSC 300 Caliris® обладает исключительной чувствительностью и гибкостью, что делает его идеальным инструментом для анализа электролитов и материалов аккумуляторов.
В контексте безопасности литий-ионных батарей ДСК позволяет исследователям точно определять фазовые переходы, температуры разложения и тепловые потоки, что очень важно для выявления начала теплового разгона. Благодаря модульной конструкции и тиглям высокого давления DSC Caliris® позволяет получать надежные результаты даже для систем с летучими электролитами.
Преимущества Kinetics Neo в анализе безопасности аккумуляторов
Программное обеспечениеKinetics Neo расширяет возможности измерений ДСК, позволяя проводить прогностическое моделирование в реальных условиях. Для разработчиков аккумуляторов это означает, что данные из набора трех экспериментов по нагреву ДСК могут быть использованы для моделирования стабильности изотермического хранения, адиабатических условий и различных температурных профилей.
Это позволяет точно предсказать поведение электролита при эксплуатации, транспортировке или злоупотреблениях, что способствует созданию более безопасных и долговечных аккумуляторных систем.
Заключение
Сочетание программного обеспечения NETZSCH DSC и Kinetics Neo позволяет получить важные сведения о термической и кинетической стабильности электролитов на основе LiPF₆. Эти результаты напрямую помогают разработчикам аккумуляторов предотвратить тепловой разгон, обеспечить соответствие стандартам безопасности и способствовать переходу к безопасным и устойчивым системам электронной мобильности и хранения энергии.
? Прочитать полный текст заметки о применении можно здесь:
Узнайте больше о приборах ДСК NETZSCH и программном обеспечении Kinetics Neo
