應用故事 | DSC評估電極材料熱穩定性

隨著化石能源的日益消耗以及全球對環保問題的逐漸重視，利用電能取代化石能源收到了各國的關注和發展。而鋰電池作為目前最主流的電池類型，由于其比能量高，貯存壽命長，放電電壓平穩等優點，被廣泛的應用于各類消費電子產品，新能源汽車以及國防工業等領域。對鋰電材料的研究，也成了近年來的研究熱點。

從目前的情況看，鋰電池最主要最關鍵的問題是安全性問題。在使用過程中，鋰電池發生化學反應，反應產生的熱量如果不能及時有效地散發，就會在電池內部積累，引起電池溫度的升溫，電池溫度的升高又會進一步促使反應加劇，從而形成產熱與溫升的正反饋。當溫度升高到一定程度時，鋰電池的電極材料與電解液之間會發生一系列副反應，這些副反應往往會產生更為劇烈的熱效應，引起電池溫度進一步升高，此時的電池就有鼓脹、泄露、著火，甚至爆炸的危險，這種現象被稱為“熱失控"。

因此，對鋰電池材料的熱特性進行分析就變得極為必要。就目前而言，DSC與ARC是評估電池材料熱穩定性最為重要的兩種手段。

3個樣品中，有兩個是常規極片樣品，有一種是改性后的極片樣品。改性的目的是為了通過增加包覆材料，改善電極材料的熱特性，降低熱失控風險，想通過DSC觀察改性效果。

制樣附注：由于鋰電材料往往都對空氣中的水、氧氣非常敏感，所以制樣以及裝樣過程全部都在惰性氣氛下的手套箱內完成。由于樣品在測試過程中存在分解和相互反應，所以測試必須選用密閉型的高壓坩堝。

通過比較可以很明顯地觀察到，改性以后的極片，放熱峰明顯后移，說明材料熱穩定性提高。但是，改性極片的放熱量高于未改性極片，尤其是260 ℃左右的放熱峰尤為明顯。猜測可能是改性材料參與了反應，從而提升了放熱量。而放熱量提升實際上不利于電極材料的熱穩定的，因為一旦到達樣品的反應放熱溫度，放熱量過大的話會加速二次反應的發生，從而引發“熱失控"。

通過DSC可以幫助分析電極材料的穩定性，放熱溫度越高，放熱量越小，說明材料穩定性越好；反之，則有更高的熱失控風險。當然，如果想更深入地了解電極材料的熱失控過程，還可以通過ARC來幫助評估。

作者

周延

耐馳儀器公司應用實驗室