Inledning
Tjära spelar en avgörande roll vid tillverkningen av grafitanodmaterial av batterikvalitet. Under pyrolysen vid höga temperaturer förkolnas tjäran och hjälper till att forma anodpartiklarna. Tjärans mjukningspunkt bestämmer det temperaturfönster inom vilket materialet kan bli tillräckligt flytande för att säkerställa en homogen fördelning i kompositmaterialet. Ju högre tjärans mjukningspunkt är, desto mer homogen blir beläggningen. Efter termisk behandling förblir den resulterande kolhaltiga återstoden formstabil och har den termiska och kemiska beständighet som krävs, vilket är avgörande för driften av anoder i högtemperaturprocesser [1]. Både pyrolysprocessen och mjukningspunkten kan undersökas med hjälp av termisk analys. Fyra olika typer av tjära jämfördes med avseende på deras lämplighet för produktion av anodmaterial.
Metoder och provberedning
De termogravimetriska mätningarna för att undersöka pyrolysprocessen utfördes med NETZSCH TG Libra®. De mätförhållanden som anges i tabell 1 tillämpades. DSC-mätningar utfördes med NETZSCH DSC Caliris® för att bestämma tjärprovernas FasövergångarBegreppet fasövergång (eller fasförändring) används oftast för att beskriva övergångar mellan fast, flytande och gasformigt tillstånd.fasövergångar och mjukningstemperatur.
Tabell 1: Mätförhållanden för TGA-mätningar på olika tonhöjdsprover
| Provets massa | 10 ± 0,1 mg |
|---|---|
| Smältdegel | 85 μl aluminiumoxid, öppen |
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min |
| Temperaturprogram | 40 till 900°C i kväve; 900 till 1100°C i luft |
| Flöde av spolningsgas | 40 ml/min |
Tabell 2: Mätförhållanden för DSC-analys av de olika tjärtyperna
| Provets massa | 6 ± 0,1 mg |
|---|---|
| Smältdegel | Al, typ Concavus®, kallsvetsad med genomborrat lock |
| Uppvärmnings-/kylningshastigheter | 10 K/min |
| Flöde av spolningsgas | 40 ml/min |
| Spolningsgas | Kväve |
| Temperaturområde | 40 till 140°C / 200°C |
| Antal uppvärmningar | 2 |
Resultat och diskussion
De termogravimetriska mätningarna utfördes under inerta förhållanden i temperaturområdet mellan 200°C och 550°C och visar ett enda massförluststeg för vart och ett av tjärproverna. Massförändringarna varierar mellan 47,5 % och 65,5 %. Detta indikerar att innehållet av organiska komponenter som pyrolyseras i detta temperaturintervall skiljer sig åt.
När man byter till en oxiderande atmosfär påbörjas förbränningen av kolinnehållet. Kolinnehållet i proverna varierade mellan 34,4 % och 52,4 %. Den kvarvarande restmassan kallas för Innehåll av askaAskan är ett mått på mineraloxidinnehållet på viktbasis. Termogravimetrisk analys (TGA) i en oxidativ atmosfär är en väl beprövad metod för att bestämma den oorganiska återstoden, vanligen kallad aska, i organiska material som polymerer, gummi etc. Därför kommer TGA-mätningen att Identify om ett material är fyllt och beräknar den totala fyllnadshalten.askhalt. Här uppvisade de fyra proverna endast mycket små skillnader.
Förutom kolinnehållet och askhalten i tjärproverna spelar även den termiska stabiliteten en avgörande roll. Den maximala massförlusthastigheten (DTG-toppen) eller den extrapolerade starttemperaturen kan användas för att jämföra den termiska stabiliteten hos de olika proverna. Om man tittar på dessa värden i figur 1 kan man se att prov A uppvisar den högsta termiska stabiliteten och prov B den lägsta.
Med hjälp av termogravimetri kan därför olika tjärprover analyseras med avseende på deras kolutbyte under pyrolysen, deras Innehåll av askaAskan är ett mått på mineraloxidinnehållet på viktbasis. Termogravimetrisk analys (TGA) i en oxidativ atmosfär är en väl beprövad metod för att bestämma den oorganiska återstoden, vanligen kallad aska, i organiska material som polymerer, gummi etc. Därför kommer TGA-mätningen att Identify om ett material är fyllt och beräknar den totala fyllnadshalten.askhalt och deras termiska stabilitet. Det var därför möjligt att fastställa att prov A hade både den högsta kolhalten och den högsta termiska stabiliteten.
Förutom den termogravimetriska analysen undersöktes tjärtyperna även med DSC-analys med avseende på eventuella kaloriska effekter, såsom glasövergång eller Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning. De uppmätta DSC-kurvorna för den första och andra uppvärmningen visas i figur 2. En jämförelse av deglarnas massa före och efter DSC-analysen visade att provmassorna förblev stabila under DSC-processen. Vid den första uppvärmningen uppvisar tjärorna D, C och B en endotermisk topp vid 78,1°C, 68,3°C och 67,1°C. Tjära A uppvisar inte någon EndotermEn provövergång eller en reaktion är endoterm om det behövs värme för omvandlingen.endoterm topp. Här kan dock ett något exotermt förlopp mellan 130°C och 190°C observeras. Efter kontrollerad kylning och återuppvärmning uppvisar proverna ett annat beteende än vid den första uppvärmningen, eftersom de endoterma topparna inte längre uppträder under den andra uppvärmningen. Detta är möjligen en relaxationseffekt. Den endoterma toppen kan ge en viss inblick i materialets termiska historia.
Under den andra uppvärmningen upptäcktes bara en glasövergång för varje prov. Tjära B har den lägsta glasövergångstemperaturen på 44°C. För tjärtyperna C och D är den något högre, 50°C respektive 71°C. Prov A uppvisar den högsta glasomvandlingstemperaturen vid 147°C.
Med hjälp av DSC var det möjligt att Identify tydliga skillnader i glasomvandlingstemperaturerna och förbehandlingen av proverna. Prov A sticker även här ut med låg restspänning och den högsta glasomvandlingstemperaturen.
Sammanfattning
TGA- och DSC-analyser är lämpliga metoder för att på ett heltäckande sätt identifiera olika typer av tjära med avseende på deras lämplighet för batteriproduktion. Med hjälp av dessa tekniker var det möjligt att bestämma en mängd olika egenskaper såsom Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet, kolhalt, Innehåll av askaAskan är ett mått på mineraloxidinnehållet på viktbasis. Termogravimetrisk analys (TGA) i en oxidativ atmosfär är en väl beprövad metod för att bestämma den oorganiska återstoden, vanligen kallad aska, i organiska material som polymerer, gummi etc. Därför kommer TGA-mätningen att Identify om ett material är fyllt och beräknar den totala fyllnadshalten.askhalt, termomekanisk historia och egenskaper hos glasövergången.
Denna information kan inte bara användas för att kontrollera tillverkarens specifikationer vid inkommande varuinspektion, utan också för att optimera formuleringar och select lämpliga råvaror. Identifieringen av ett lämpligt utgångsmaterial inför batteritillverkningen påverkar slutprodukternas kvalitet och ökar effektiviteten i tillverkningsprocessen.