深度合作丨攜手梅特勒托利多，助力鋰電材料熱分析
2022-05-05
上海泰坦科技股份有限公司（以下簡稱“泰坦科技”）作為梅特勒托利多科技（中國）有限公司（以下簡稱“梅特勒托利多”）上海區域特約經銷商，雙方在多條產品線上長久以來保持著良好的合作關系，為眾多企業、高校提供了優質服務。梅特勒托利多是世界上較為主要的熱分析儀器制造商之一，所制造的差示掃描量熱儀DSC、同步熱分析TGA/DSC、熱機械分析儀TMA和動態熱機械分析儀DMA，都是世界上靈敏度較高的熱分析儀器。今天我們一起看看熱分析產品在鋰電行業內的一些常見應用。磷酸鐵鋰電池使用LiFePO4作為正極材料，石墨則作為對立電極，20世紀90年代末將這種電池設計實現商業化。由于LiFePO4的比容量高于LiCoO2，毒性低，具有良好的穩定性，磷酸鐵鋰電池仍活躍在儲能行業。下圖是從電池中提取的磷酸鐵鋰在惰性氣氛（氮氣）中，使用梅特勒托利多TGA/DSC以10°C/min的加熱速率將樣品從室溫加熱到800°C測試結果。鋰離子電池正/負極材料的熱失控容易引發電池的失效。DSC可對正/負極材料以及按特定比例縮小的全電池置于特定的DSC高壓坩堝中進行測試。
圖中為NCM811正極材料混合一定比例電解液進行的三次重復測試，該三元正極材料出現兩個放熱峰，第一個放熱峰出現在220℃附近，推測為電解液分解引發的三元材料的分解。兩步分解放熱共計超過2500J/g，可見放熱情況十分嚴重，一旦熱失控，可能會造成電池的爆炸。
可見，DSC可快速準確地研究電池材料熱失控溫度、放熱焓值和放熱速率，也可進行對不同工藝電池熱失控行為的研究。鋰離子電池電解液中的溶質中往往含有多組分的聚碳酸酯，溶質的流動性和分解溫度決定著鋰電池的工作效率和安全溫度。圖中為使用普通40μL鋁坩堝密封測試的混合電解液，根據熔點可判斷出該電解液主要含有碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC），根據二者的熔融焓值，可估算出EMC與DMC的質量比大致為1:7，若想得到準確的比值，可以事先分別測試EMC和DMC的原料，之后可推算出混合電解液中每種溶質的占比。此外，還可用DSC對電解液進行往復升降溫來測試其熱穩定性。
鋰電池的隔膜一般為高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜，起著分隔正負極、并確保高效離子電導率的作用。目前，市面上常見的隔膜多為經過改性的PP/PE/PP單層或多層結構。圖中為使用DSC測試PP/PE/PP復合隔膜的熔點，測試結果顯示，該復合隔膜顯示出PE隔膜的熔點為130℃，PP隔膜的熔點為166℃，且PP隔膜在熔融時有熱歷史的出現，因此對于隔膜的測試，一般要求熔點測試結果在某一溫度范圍之內。
熱分析技術（DSC、TGA/DSC等）可提供鋰電池材料的熱穩定性、安全性評估、組分分析、放熱焓值、材料熔點、比容測試等信息，為鋰電材料的研發和測試提供指導性建議。
— METTLER TOLEDO/梅特勒托利多 —
探索編號：
應用特點：
- 亞微克級分辨率的微量和超微量天平，提供快速準確的結果；
- 高靈敏度傳感器，卓越的溫度分辨率，完美的平坦基線；
- 優越的水平爐體設計，最小的氣流擾動，消除煙囪效應。
更多梅特勒托利多旗下產品請登錄【探索平臺】及APP、小程序查詢。
