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鋰電池已成為現(xiàn)代生產(chǎn)生活的重要能源，推動著我國鋰電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。在經(jīng)濟全球化的大潮中，鋰電行業(yè)正迎來新的轉(zhuǎn)型機遇與挑戰(zhàn)。技術(shù)創(chuàng)新與生產(chǎn)效率的提升，是確保其持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
在當前競爭激烈的市場環(huán)境下，鋰電制造企業(yè)需不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，探索新市場和創(chuàng)新高品質(zhì)產(chǎn)品是鋰電行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵方向。
梅特勒托利多熱分析提供全面的鋰電研發(fā)與制造解決方案，不僅助力新型電池的開發(fā)和嚴格的質(zhì)量保證/控制 (QA/QC) 流程，確保材料的高標準質(zhì)量與安全性，而且通過自動化的熱分析解決方案，實現(xiàn)從測試到分析的高效操作流程，顯著提升生產(chǎn)效率，推動鋰電行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，邁向更廣闊的未來。
01. 熱分析介紹
在可控程序溫度下，測試物質(zhì)的物理化學性質(zhì)隨溫度變化而變化的一系列技術(shù)。 —— 國際熱分析及量熱協(xié)會 (ICTAC) 定義
1.1 差示掃描分析儀
• DSC
• HPDSC
• UVDSC
• DSC顯微系統(tǒng)
• DSC化學發(fā)光
• HS82/84
• Flash DSC
1.2 熱重分析儀
• TGA
• TGA/DSC
• 聯(lián)用技術(shù)
1.3 熱機械分析儀
• TMA
• 聯(lián)用技術(shù)
1.4 動態(tài)熱機械分析儀
• DMA 1
• DMA/SDTA 1+
鋰電行業(yè)對材料性能的評估測試種類繁多，耗時且成本高，熱分析作為一種直觀簡便的綜合分析手段，可快速高效的幫助我們解讀材料信息。那么梅特勒托利多熱分析超越系列可以解讀出鋰電行業(yè)的哪些材料語言呢？
02. 電芯材料
2.1 正負極材料
鋰電材料中極片材料是電池的核心環(huán)節(jié)，它直接影響著鋰電池的能量密度和安全性，塑造著電池的整體性能。正負極材料主要由活性材料、導電劑、粘合劑等組成。
>> DSC、TGA、TGA-DSC
• 原料質(zhì)控：正負極原材料如鈷酸鋰、石墨的質(zhì)量控制
• 組分分析：電極片中不同成分占比、碳含量
• 結(jié)構(gòu)變化：電極材料在不同工藝下的結(jié)構(gòu)演化
• 改性研究：摻雜、包覆改性評價及配方優(yōu)化
• 熱安全性：放熱焓值
• 熱穩(wěn)定性 (不同充放電狀態(tài))：分解溫度
2.2 隔膜、電解液
鋰離子電池的隔膜、電解液對電池的性能、壽命、可靠性和安全性有著至關(guān)重要的影響。它們允許Li+離子在陽極和陰極之間快速移動，但其穩(wěn)定性也會影響電池的整體性能。
>> DSC、TGA、TMA、DMA
• 隔膜熔點、閉孔、破膜、分解溫度
• 隔膜熱縮溫度、收縮率
• 隔膜熱膨脹系數(shù)
• 隔膜閉孔破膜溫度
• 隔膜力學性能
• 隔膜組分分析
• 電解液熔點
• 電解液熱穩(wěn)定性測試
03. 電池封裝
>> DSC、TGA、TMA、DMA
• 熱效應：封裝膠粘劑的固化動力學 (反應速率)、比熱容Cp、熔點
• 熱穩(wěn)定性：熱分解溫度、分解動力學
• 尺寸穩(wěn)定性：熱膨脹、熱收縮、CTE、Tg、凝膠時間
• 力學性能：彈性模量E、剪切模量G、泊松比μ、應力-應變、蠕變、TTS時溫疊加
04. 電池安全管理與失效分析
使用鋰離子電池時尤其在新能源汽車中，過熱或者電池失效很極易引發(fā)爆炸等熱失控情況。熱分析的DSC及TGA逸出氣體分析是研究電池熱穩(wěn)定性、放熱反應的關(guān)鍵工具。
4.1 熱安全管理
熱分析設備可以判定電池模組是否安全，在充放電循環(huán)中是否發(fā)生反應，并且可以模擬電池熱失控情形，推測反應的類型及體系反應動力學，例如結(jié)構(gòu)坍塌、分解或揮發(fā)、氧化、燃燒等。
>> DSC、TGA、TGA-DSC 及高壓坩堝解決方案
• 電池材料分解放熱量
• 極片與電解液的熱分解半原位模擬
• 不同充放電狀態(tài)的電池材料熱穩(wěn)定性
4.2 電池產(chǎn)氣及失效研究
電池產(chǎn)氣是鋰離子電池使用過程中常見的問題之一，它不僅影響電池的性能和壽命，還可能帶來安全隱患。產(chǎn)氣通常來源于電池內(nèi)部的化學反應，特別是電解液的分解和電極材料與電解液之間的副反應。梅特勒托利多擁有多種逸出氣體聯(lián)用方案，為電池產(chǎn)氣失效提供精確先進的綜合性分析檢測。
>> TGA逸出氣體聯(lián)用技術(shù)
• 電池產(chǎn)氣分析
• 失效機理研究
05. 自動化解決方案
梅特勒托利多熱分析解決方案不僅針對鋰電研發(fā)和質(zhì)量控制，在提高生產(chǎn)效率上也有完整的自動化解決方案。
• 自動稱量：LabX系統(tǒng)接入，將熱分析StaRe軟件直接與LabX-梅特勒托利多的天平軟件連接。
• 自動測試：精準可靠的自動進樣器設計，萬能抓手還具有自動打孔和移除坩堝蓋功能。
• 自動分析：AIWizard™軟件功能自主評估和識別所有的熱效應，并可與參比數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行檢索比對。
• 自動評估處理：EvalMacro軟件選項可以根據(jù)重新定義的參數(shù)評估曲線，加快重復任務的速度，消除人為操作誤差。在QC方法中鏈接一條參考曲線，可以讓操作者在線核查測試的質(zhì)量。
• 自動打印報告：可無人化操作，測試分析完直接按照設計模板打印測試數(shù)據(jù)分析報告。
* 本文轉(zhuǎn)載自「梅特勒托利多」微信公眾號
關(guān)于梅特勒-托利多：
梅特勒-托利多 (Mettler Toledo) 成立于1991年，總部位于瑞士蘇黎世，是一家精密儀器及衡器制造商和服務提供商，專注于為實驗室、工業(yè)及零售業(yè)提供高質(zhì)量的稱重、分析測量和自動化技術(shù)解決方案。其產(chǎn)品廣泛應用于化學分析、藥物研發(fā)、食品加工、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域，以高精度、可靠性和創(chuàng)新技術(shù)著稱。
關(guān)于上海昊擴：
上海昊擴科學器材有限公司成立于2019年，總部位于上海，是一家實驗室設備/耗材及分析儀器的專業(yè)服務商。公司致力于為生物、醫(yī)藥、物性檢測、化工分析、食品、工業(yè)生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域客戶提供國內(nèi)外高科技專業(yè)設備以及技術(shù)咨詢服務。作為梅特勒-托利多產(chǎn)品的授權(quán)代理商，上海昊擴持續(xù)為客戶提供梅特勒-托利多旗下專業(yè)可靠的儀器設備及耗材。
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