国产综合无码视频呢在线

絕熱加速量熱儀用于研究電池材料熱穩定性

  • 發布時間:2022-12-20
  • 瀏覽量 :
  • 分享:

【預覽】本文利用TAC-500A絕熱(re)(re)加速(su)量(liang)熱(re)(re)儀對(dui)鋰(li)電池材料(liao)的熱(re)(re)穩定(ding)性(xing)進(jin)行了(le)研究(jiu),測定(ding)和對(dui)比了(le)不同正極(ji)材料(liao)與(yu)電解(jie)液(ye)混合后的熱(re)(re)分解(jie)釋熱(re)(re)特性(xing),并(bing)計算得到了(le)分解(jie)反應的熱(re)(re)力(li)學與(yu)表觀動力(li)學參數。

前言

由于鋰離子電池的高能量密度與電池材料的自反應特性,電池在濫用條件下容易誘發不可預測的放熱和產氣行為,并可能導致熱失控、火災或爆炸等嚴重后果。因此,開發新的電池體系,特別是針對高能量密度和長壽命的設計,需充分考量電池材料的熱穩定性并據此改進配方,以提高電池安全性。熱分析和量熱法是評價電池材料熱穩定性的主要方法,可測定得到電池材料熱分解反應的熱力學和動力學參數。目前,電池材料熱穩定性測試方法主要有以下兩種[1]:
1. DSC測試法:通過程序溫度控制下,測量樣品與參比物之間單位時間的功率差或溫度差隨溫度變化計算樣品發熱功率。該方法使用毫克級別的樣品量,測試均相體系準確性較高,但對于電極材料和電解液混合物一類的非均相體系,測試結果可能缺乏統計學意義;
2. ARC測試法:在絕熱環境下測定樣品溫升速率變化,從而通過單位時間內的絕熱溫升計算樣品發熱功率。該方法為克級測試,因此更適合測定非均相樣品。
本(ben)文利(li)用絕熱加速量熱儀經典的(de)HWS模式測(ce)定了電(dian)池材料(liao)的(de)熱分解反(fan)應(ying)特(te)征參數(shu),并基于阿倫尼烏斯方程擬合得到了反(fan)應(ying)動(dong)力學參數(shu)。相(xiang)關結果有助于電(dian)池設計(ji)和系統熱仿真,改進電(dian)池系統的(de)熱安(an)全性(xing)能。 

實驗部分

1. 樣品準備

實(shi)驗樣品:50%SOC中鎳(nie)正極(ji)材(cai)料、50%SOC高鎳(nie)正極(ji)材(cai)料、電(dian)解液(EC+DMC+LiPF6)。

注:以上正極材(cai)料為電池充(chong)電到50%SOC后在手套箱中(zhong)刮取。

2. 實驗條件

實驗儀器:仰儀科技TAC-500A絕熱加速量熱儀;
工作(zuo)模(mo)式:HWS模(mo)式;

量熱(re)(re)彈:容積(ji)8mL,哈氏合金(jin)(比熱(re)(re)0.425J·g-1·k-1);

手套箱(xiang)氣氛置換真空度:-0.085MPa;

手套箱保護氣(qi)氛:氮氣(qi);

手(shou)套箱氣氛置(zhi)換次數:3次。


表1 實驗(yan)條件(jian)設置(zhi)參(can)數表

3. 測試過程

在手套箱中(zhong)對量(liang)熱(re)(re)彈進行稱(cheng)重(zhong),并(bing)加入一定量(liang)的樣品(pin),隨(sui)后用截壓管和接頭組焊密封量(liang)熱(re)(re)彈;如圖2所(suo)示,將量(liang)熱(re)(re)彈組件安裝至(zhi)到絕熱(re)(re)加速量(liang)熱(re)(re)儀(yi);設置實驗參數(見表1)后,開啟實驗。

圖2 (a)絕熱(re)加(jia)速量熱(re)儀及(b)HWS模(mo)式原理示意圖

實驗結果

1. 正極材料、電解液及兩者混合物

圖3 高(gao)鎳正(zheng)極(ji)材料(liao)、電解液(ye)及兩(liang)者混合物(wu)的HWS(a)溫(wen)升(sheng)曲線和(b)溫(wen)升(sheng)速率(lv)-溫(wen)度曲線


50%SOC高鎳正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材(cai)料、電(dian)解(jie)(jie)液(ye)及兩者(zhe)(zhe)(zhe)混(hun)合(he)物的熱分(fen)解(jie)(jie)放(fang)熱特性如(ru)圖3所示(shi),正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材(cai)料的自(zi)(zi)放(fang)熱起(qi)始溫(wen)度(du)為145.78℃,而電(dian)解(jie)(jie)液(ye)略高,達到165.70℃。因此兩者(zhe)(zhe)(zhe)按(an)一定比例混(hun)合(he)后(hou)自(zi)(zi)放(fang)熱起(qi)始溫(wen)度(du)為150.43℃,介于(yu)兩者(zhe)(zhe)(zhe)之間;同時,可(ke)檢測到單(dan)組分(fen)正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材(cai)料存(cun)在第二段放(fang)熱反(fan)(fan)應(ying),反(fan)(fan)應(ying)起(qi)始溫(wen)度(du)為271.25℃。另外,可(ke)以證明(ming)高鎳正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材(cai)料和電(dian)解(jie)(jie)液(ye)之間存(cun)在劇烈反(fan)(fan)應(ying),最(zui)大溫(wen)升速率達到485.37℃/min,而對于(yu)單(dan)獨(du)的正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材(cai)料或(huo)者(zhe)(zhe)(zhe)電(dian)解(jie)(jie)液(ye),其最(zui)大溫(wen)升速率均不超過5℃/min。上述結(jie)果(guo)符合(he)相關文獻報(bao)道[2][3]。


2. 不同正極材料與電解液混合