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梅特勒托利多热分析，助力锂电发展新征程

发布时间: 2024-07-26 119 次浏览

锂电池已成为现代生产生活不可或缺的能源，推动着我国锂电产业的蓬勃发展。在经济全球化的大潮中，锂电行业正迎来前所未有的转型机遇与挑战。技术创新与生产效率的提升，是确保其持续发展的关键。

在当前竞争激烈的市场环境下，锂电制造企业需不断优化生产流程，以确保其在市场中的领先地位。探索新市场和创新高端产品是锂电行业发展的关键方向。

梅特勒托利多热分析提供全面的锂电研发与制造解决方案，不仅助力新型电池的开发和严格的质量保证/控制 (QA/QC) 流程，确保材料的高标准质量与安全性，而且通过自动化的热分析解决方案，实现从测试到分析的高效操作流程，显著提升生产效率，推动锂电行业的创新与发展，引领行业迈向更广阔的未来。

01. 热分析介绍

在可控程序温度下，测试物质的物理化学性质随温度变化而变化的一系列技术。 —— 国际热分析及量热协会 (ICTAC) 定义

1.1 差示扫描分析仪

• DSC

• HPDSC

• UVDSC

• DSC显微系统

• DSC化学发光

• HS82/84

• Flash DSC

1.2 热重分析仪

• TGA

• TGA/DSC

• 联用技术

1.3 热机械分析仪

• TMA

• 联用技术

1.4 动态热机械分析仪

• DMA 1

• DMA/SDTA 1+

锂电行业对材料性能的评估测试种类繁多，耗时且成本高，热分析作为一种直观简便的综合分析手段，可快速高效的帮助我们解读材料信息。那么梅特勒托利多热分析超越系列可以解读出锂电行业的哪些材料语言呢？

02. 电芯材料

2.1 正负极材料

锂电材料中极片材料是电池的核心环节，它直接影响着锂电池的能量密度和安全性，塑造着电池的整体性能。正负极材料主要由活性材料、导电剂、粘合剂等组成。

>> DSC、TGA、TGA-DSC

• 原料质控：正负极原材料如钴酸锂、石墨的质量控制

• 组分分析：电极片中不同成分占比、碳含量

• 结构变化：电极材料在不同工艺下的结构演化

• 改性研究：掺杂、包覆改性评价及配方优化

• 热安全性：放热焓值

• 热稳定性 (不同充放电状态)：分解温度

2.2 隔膜、电解液

锂离子电池的隔膜、电解液对电池的性能、寿命、可靠性和安全性有着至关重要的影响。它们允许Li+离子在阳极和阴极之间快速移动，但其稳定性也会影响电池的整体性能。

>> DSC、TGA、TMA、DMA

• 隔膜熔点、闭孔、破膜、分解温度

• 隔膜热缩温度、收缩率

• 隔膜热膨胀系数

• 隔膜闭孔破膜温度

• 隔膜力学性能

• 隔膜组分分析

• 电解液熔点

• 电解液热稳定性测试

03. 电池封装

>> DSC、TGA、TMA、DMA

• 热效应：封装胶粘剂的固化动力学 (反应速率)、比热容Cp、熔点

• 热稳定性：热分解温度、分解动力学

• 尺寸稳定性：热膨胀、热收缩、CTE、Tg、凝胶时间

• 力学性能：弹性模量E、剪切模量G、泊松比μ、应力-应变、蠕变、TTS时温叠加

04. 电池安全管理与失效分析

使用锂离子电池时尤其在新能源汽车中，过热或者电池失效很极易引发爆炸等热失控情况。热分析的DSC及TGA逸出气体分析是研究电池热稳定性、放热反应的关键工具。

4.1 热安全管理

热分析设备可以判定电池模组是否安全，在充放电循环中是否发生反应，并且可以模拟电池热失控情形，推测反应的类型及体系反应动力学，例如结构坍塌、分解或挥发、氧化、燃烧等。

>> DSC、TGA、TGA-DSC 及高压坩埚解决方案

• 电池材料分解放热量

• 极片与电解液的热分解半原位模拟

• 不同充放电状态的电池材料热稳定性

4.2 电池产气及失效研究

电池产气是锂离子电池使用过程中常见的问题之一，它不仅影响电池的性能和寿命，还可能带来安全隐患。产气通常来源于电池内部的化学反应，特别是电解液的分解和电极材料与电解液之间的副反应。梅特勒托利多拥有多种逸出气体联用方案，为电池产气失效提供精确先进的综合性分析检测。

>> TGA逸出气体联用技术

• 电池产气分析

• 失效机理研究

05. 自动化解决方案

梅特勒托利多热分析解决方案不仅针对锂电研发和质量控制，在提高生产效率上也有完整的自动化解决方案。

• 自动称量：LabX系统接入，将热分析StaRe软件直接与LabX-梅特勒托利多的天平软件连接。

• 自动测试：精准可靠的自动进样器设计，万能抓手还具有自动打孔和移除坩埚盖功能。

• 自动分析：AIWizard™软件功能自主评估和识别所有的热效应，并可与参比数据库数据进行检索比对。

• 自动评估处理：EvalMacro软件选项可以根据重新定义的参数评估曲线，加快重复任务的速度，消除人为操作误差。在QC方法中链接一条参考曲线，可以让操作者在线核查测试的质量。

• 自动打印报告：可无人化操作，测试分析完直接按照设计模板打印测试数据分析报告。

* 本文转载自「梅特勒托利多」微信公众号

关于梅特勒-托利多：

梅特勒-托利多 (Mettler Toledo) 成立于1991年，总部位于瑞士苏黎世，是一家全球领先的精密仪器及衡器制造商和服务提供商，专注于为实验室、工业及零售业提供高质量的称重、分析测量和自动化技术解决方案。其产品广泛应用于化学分析、药物研发、食品加工、环境监测等多个领域，以高精度、可靠性和创新技术著称。

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