深度合作丨携手梅特勒托利多，助力锂电材料热分析
2022-05-05
上海泰坦科技股份有限公司（以下简称“泰坦科技”）作为梅特勒托利多科技（中国）有限公司（以下简称“梅特勒托利多”）上海区域特约经销商，双方在多条产品线上长久以来保持着良好的合作关系，为众多企业、高校提供了优质服务。梅特勒托利多是世界上较为主要的热分析仪器制造商之一，所制造的差示扫描量热仪DSC、同步热分析TGA/DSC、热机械分析仪TMA和动态热机械分析仪DMA，都是世界上灵敏度较高的热分析仪器。今天我们一起看看热分析产品在锂电行业内的一些常见应用。磷酸铁锂电池使用LiFePO4作为正极材料，石墨则作为对立电极，20世纪90年代末将这种电池设计实现商业化。由于LiFePO4的比容量高于LiCoO2，毒性低，具有良好的稳定性，磷酸铁锂电池仍活跃在储能行业。下图是从电池中提取的磷酸铁锂在惰性气氛（氮气）中，使用梅特勒托利多TGA/DSC以10°C/min的加热速率将样品从室温加热到800°C测试结果。锂离子电池正/负极材料的热失控容易引发电池的失效。DSC可对正/负极材料以及按特定比例缩小的全电池置于特定的DSC高压坩埚中进行测试。
图中为NCM811正极材料混合一定比例电解液进行的三次重复测试，该三元正极材料出现两个放热峰，第一个放热峰出现在220℃附近，推测为电解液分解引发的三元材料的分解。两步分解放热共计超过2500J/g，可见放热情况十分严重，一旦热失控，可能会造成电池的爆炸。
可见，DSC可快速准确地研究电池材料热失控温度、放热焓值和放热速率，也可进行对不同工艺电池热失控行为的研究。锂离子电池电解液中的溶质中往往含有多组分的聚碳酸酯，溶质的流动性和分解温度决定着锂电池的工作效率和安全温度。图中为使用普通40μL铝坩埚密封测试的混合电解液，根据熔点可判断出该电解液主要含有碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC），根据二者的熔融焓值，可估算出EMC与DMC的质量比大致为1:7，若想得到准确的比值，可以事先分别测试EMC和DMC的原料，之后可推算出混合电解液中每种溶质的占比。此外，还可用DSC对电解液进行往复升降温来测试其热稳定性。
锂电池的隔膜一般为高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，起着分隔正负极、并确保高效离子电导率的作用。目前，市面上常见的隔膜多为经过改性的PP/PE/PP单层或多层结构。图中为使用DSC测试PP/PE/PP复合隔膜的熔点，测试结果显示，该复合隔膜显示出PE隔膜的熔点为130℃，PP隔膜的熔点为166℃，且PP隔膜在熔融时有热历史的出现，因此对于隔膜的测试，一般要求熔点测试结果在某一温度范围之内。
热分析技术（DSC、TGA/DSC等）可提供锂电池材料的热稳定性、安全性评估、组分分析、放热焓值、材料熔点、比容测试等信息，为锂电材料的研发和测试提供指导性建议。
— METTLER TOLEDO/梅特勒托利多 —
探索编号：
应用特点：
- 亚微克级分辨率的微量和超微量天平，提供快速准确的结果；
- 高灵敏度传感器，卓越的温度分辨率，完美的平坦基线；
- 优越的水平炉体设计，最小的气流扰动，消除烟囱效应。
更多梅特勒托利多旗下产品请登录【探索平台】及APP、小程序查询。
