Kiểm soát nhiệt pin lithium-ion chủ yếu bắt đầu với phản ứng phụ tỏa nhiệt giữa vật liệu tích cực và chất điện phân, tích cực giải phóng oxy và gây ra quá trình đốt cháy chất điện phân, tỏa nhiệt dây chuyền, dẫn đến pin bốc khói, bắt lửa hoặc phát nổ. Do đó, việc kiểm tra trực tiếp hành vi nhiệt của tấm tích cực và hệ thống trộn điện phân phản ánh tình trạng an toàn nhiệt thực tế của pin tốt hơn so với việc kiểm tra riêng các điện cực.

Phương pháp nhiệt lượng quét khác biệt (DSC) có độ nhạy cao và định lượng chính xác, có thể nắm bắt chính xác sự thay đổi hấp thụ và tỏa nhiệt của hệ thống trộn trong quá trình nóng lên, xác định nhiệt độ tỏa nhiệt ban đầu, nhiệt độ đỉnh, entanpy tỏa nhiệt và các thông số an toàn nhiệt cốt lõi khác. Đây là phương pháp tiêu chuẩn thường được sử dụng trong nghiên cứu kiểm soát nhiệt pin. Thí nghiệm này là sử dụng máy đo nhiệt lượng quét khác biệt để kiểm tra các tấm tích cực và hệ thống trộn chất điện phân cacbonat để phân tích quy luật phản ứng nhiệt, đánh giá rủi ro nhiệt và cung cấp hỗ trợ dữ liệu cho thiết kế an toàn pin.

I. Các bước thực hiện thí nghiệm

1, Nguyên tắc thử nghiệm

DSC đo sự khác biệt về dòng nhiệt giữa mẫu và nồi nấu cụ thể ở nhiệt độ được kiểm soát theo chương trình. Khi tiếp xúc với hệ thống trộn điện phân tích cực, một loạt các phản ứng tỏa nhiệt như phản ứng phụ SEI, oxy hóa điện phân, giải phóng oxy tích cực và đốt điện phân sẽ xảy ra, tạo thành một đỉnh tỏa nhiệt đặc trưng trên đường cong, theo đó có thể đánh giá định lượng sự ổn định nhiệt.

2, Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm

Mẫu thử nghiệm: Tấm tích cực pin lithium-ion triplex, chất điện phân cacbonat thương mại.

Dụng cụ kiểm tra: Máy đo nhiệt lượng quét vi sai DZ-DSC300

3, Cài đặt tham số thử nghiệm

Chương trình thử nghiệm Bảo vệ bầu không khí: Argon, lưu lượng 50mL/phút; Phạm vi nhiệt độ: 30 ℃ đến 350 ℃; Tốc độ tăng nhiệt: 10 ℃/phút; Tham chiếu: nồi nấu kín rỗng.

4, Sơ đồ kiểm tra

5, Phân tích dữ liệu

Phản ứng nhiệt trước khi trộn hệ thống nhiệt bắt đầu tỏa nhiệt 206,1 ℃, tấm cực tinh khiết hơn giảm khoảng 15 ℃, cho thấy chất điện phân làm tăng đáng kể phản ứng nhiệt cực dương. Tăng cường độ tỏa nhiệt Tổng số entanpi tỏa nhiệt lên tới 261,5J/g, cao hơn nhiều so với cực dương tinh khiết, chủ yếu là do chất điện phân oxy hóa giải phóng oxy dương, tạo ra sự tỏa nhiệt chuỗi mạnh. Khoảng phản ứng tập trung Đỉnh tỏa nhiệt chính nằm ở 200 ℃~230 ℃, là vùng nhiệt độ nguy hiểm quan trọng để kiểm soát nhiệt pin.

II. Kết luận thí nghiệm

Hệ thống trộn điện phân tích cực bắt đầu tỏa nhiệt dữ dội ở 206,1 ℃, đạt đỉnh ở 207,3 ℃, entanpy tỏa nhiệt khoảng 261,5J/g. Chất điện phân làm giảm đáng kể nhiệt độ ổn định nhiệt cực dương và tăng phóng nhiệt, là một tác nhân quan trọng gây ra sự mất kiểm soát nhiệt của pin. Máy đo nhiệt lượng quét khác biệt có thể mô tả chính xác và định lượng các đặc tính nhiệt của hệ thống điện phân tích cực và tích cực, thích hợp cho nghiên cứu và phát triển vật liệu pin, nghiên cứu cơ chế kiểm soát nhiệt và đánh giá an toàn nhiệt, đề nghị mở rộng đến các điện áp khác nhau và thử nghiệm tương phản của các hệ thống phụ gia khác nhau.