近年来，全球减少化石资源使用的需求激增，因为这种转变被广泛视为应对气候危机的有效解决方案。锂离子电池新材料的开发正在取得重大进展配资股权平台排行榜，尤其是在电动汽车领域。

热分析技术——包括差示扫描量热法 (DSC)、热重分析 (TGA)、热机械分析 (TMA) 和动态机械分析 (DMA)——在表征锂离子电池中使用的材料和化合物方面发挥着至关重要的作用。

锂离子电池使用的关键材料

随着锂离子电池广泛应用于消费电子产品、家用电器和电动汽车，对金属离子蓄电池的需求持续增长。

第一款商用锂离子电池诞生于20世纪80年代。20世纪90年代初，二氧化钴锂被引入作为正极材料，因其高能量密度、长使用寿命、稳定的放电性能以及宽的工作温度范围而受到重视。

除了二氧化钴锂以外，磷酸铁锂、镍锰钴酸锂也是现在常用的正极材料。

锂离子电池（LIB）的工作原理

锂离子电池由正极（阴极）、负极（阳极）、隔膜和电解液组成。充电过程中，阴极（通常为钴酸锂）会发生氧化，而阳极（通常为石墨）则会进行还原。

放电时，该过程则相反。隔膜使阳极和阴极保持电气隔离，确保电子仅通过外部电路流动。带正电的锂离子通过液体电解质（包含有机溶剂、锂盐和粘合剂等添加剂）扩散，在阳极和阴极之间迁移。

隔膜的孔隙率至关重要，它允许电解质和锂离子自由移动。

锂离子电池的关键部件

锂离子电池由几个需要详细热特性分析的关键部件组成：阳极、阴极、电解质、粘合剂材料、隔膜、各种添加剂以及电池外壳。这些元素对电池性能都起着至关重要的作用，因此热分析技术是必不可少的工具。

热分析为了解正极和负极材料的热稳定性提供了宝贵的见解。此外，热重分析与逸出气体分析相结合，可以识别这些材料的分解气体。

对于电解质溶液，了解玻璃化转变、结晶和熔化行为有助于工艺优化和质量控制测试。通常呈惰性的粘合剂材料在电极和触点之间保持牢固连接，因此其热稳定性和熔化行为尤为重要。

对于隔膜这种薄膜材料，必须使用动态机械分析 (DMA) 来评估其膨胀、收缩和模量，以了解其在电解质溶液中随温度的变化。最后，外壳材料的热稳定性和分解特性对于确保可靠的电池性能也至关重要。

差示扫描量热法（DSC）

差示扫描量热法 (DSC) 测量样品在加热或冷却过程中吸收或释放的能量。DSC 仪器可具备不同的温度范围、传感器类型以及升 / 降温速率。

DSC仪器的操作温度范围为-150 °C至700 °C，升温速率高达每分钟300K。样品通常使用小型铝、氧化铝或其他坩埚进行测量，样品量在2至20毫克之间。

高压 DSC (HPDSC) 是另一种技术，可以在 10 mbar至 100 bar的压力下在惰性或活性气体下分析样品，从而防止样品汽化并能够在增加的压力下进行稳定性研究。

DSC 用于研究熔化和化学反应等热行为。应用包括分析电解质成分、最低/最高使用温度建议、氧化稳定性以及添加剂的影响。

热重分析 (TGA)

在TGA中，样品在受控气氛（例如氮气或空气）中加热或冷却时，其质量会被持续监测。这项技术能够帮助我们深入了解材料成分，包括聚合物和填料的含量。

TGA 对于研究蒸发和分解等过程特别有效。部分 TGA 仪器还可以生成 DSC 信号。通过 TGA-MS、TGA-FTIR 和 TGA-GC-MS 等联用技术，可以在线分析逸出气体。

例如，TGA/DSC 的一个实用应用是分析正极材料的热稳定性和分解。测量曲线中随温度变化的质量损失阶跃表明样品中水分损失和电解质分解。DSC 测量曲线显示了分解发生的温度，也即正极材料能够工作的最高温度。正极材料的热稳定性通常取决于所用电解液的稳定性。

热机械分析 (TMA)

热机械分析 (TMA) 测量样品在加热或冷却过程中，在特定负载下的尺寸变化。TMA 对于确定材料的膨胀行为和热膨胀系数、确定其玻璃化转变温度以及分析其在溶剂中的软化行为、蠕变或膨胀尤为有用。

在锂离子电池中，TMA 是一种用于评估用作隔膜材料的聚烯烃膜的有效技术。TMA 通过检查收缩和熔融行为（防止电池热失控的关键因素）提供必要的质量控制测试。通过表征膜的热稳定性，TMA 也是确定可用温度范围的有用工具。

动态机械分析 (DMA)

动态力学分析 (DMA) 可在施加振荡应力的同时测量粘弹性材料随时间、温度和频率变化的力学性能。DMA 对于评估材料的模量、柔量、阻尼和粘弹性行为至关重要。

该技术可识别软化点和β松弛温度，通常以介损损耗角正切 (tan delta) 的峰值或模量的变化来观察。对于锂离子电池，DMA 在评估电池隔膜的稳定性方面起着至关重要的作用配资股权平台排行榜，尤其是在特定温度范围内的电解质溶液中。

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