随着化石能源的日益消耗以及全球对环保问题的逐渐重视,利用电能取代化石能源收到了各国的关注和发展。而锂电池作为目前最主流的电池类型,由于其比能量高,贮存寿命长,放电电压平稳等优点,被广泛的应用于各类消费电子产品,新能源汽车以及国防工业等领域。对锂电材料的研究,也成了近年来的研究热点。
从目前的情况看,锂电池最主要最关键的问题是安全性问题。在使用过程中,锂电池发生化学反应,反应产生的热量如果不能及时有效地散发,就会在电池内部积累,引起电池温度的升温,电池温度的升高又会进一步促使反应加剧,从而形成产热与温升的正反馈。当温度升高到一定程度时,锂电池的电极材料与电解液之间会发生一系列副反应,这些副反应往往会产生更为剧烈的热效应,引起电池温度进一步升高,此时的电池就有鼓胀、泄露、着火,甚至爆炸的危险,这种现象被称为“热失控"。
因此,对锂电池材料的热特性进行分析就变得极为必要。就目前而言,DSC与ARC是评估电池材料热稳定性最为重要的两种手段。
3个样品中,有两个是常规极片样品,有一种是改性后的极片样品。改性的目的是为了通过增加包覆材料,改善电极材料的热特性,降低热失控风险,想通过DSC观察改性效果。
制样附注:由于锂电材料往往都对空气中的水、氧气非常敏感,所以制样以及装样过程全部都在惰性气氛下的手套箱内完成。由于样品在测试过程中存在分解和相互反应,所以测试必须选用密闭型的高压坩埚。
通过比较可以很明显地观察到,改性以后的极片,放热峰明显后移,说明材料热稳定性提高。但是,改性极片的放热量高于未改性极片,尤其是260 ℃左右的放热峰尤为明显。猜测可能是改性材料参与了反应,从而提升了放热量。而放热量提升实际上不利于电极材料的热稳定的,因为一旦到达样品的反应放热温度,放热量过大的话会加速二次反应的发生,从而引发“热失控"。
通过DSC可以帮助分析电极材料的稳定性,放热温度越高,放热量越小,说明材料稳定性越好;反之,则有更高的热失控风险。当然,如果想更深入地了解电极材料的热失控过程,还可以通过ARC来帮助评估。
作者
周延
耐驰仪器公司应用实验室
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