应用故事 | DSC评估电极材料热稳定性

随着化石能源的日益消耗以及全球对环保问题的逐渐重视，利用电能取代化石能源收到了全世界各国的关注和发展。而锂电池作为目前最主流的电池类型，由于其比能量高，贮存寿命长，放电电压平稳等优点，被广泛的应用于各类消费电子产品，新能源汽车以及国防工业等领域。对锂电材料的研究，也成了近年来最受关注的研究热点。

从目前的情况看，锂电池最主要最关键的问题是安全性问题。在使用过程中，锂电池发生化学反应，反应产生的热量如果不能及时有效地散发，就会在电池内部积累，引起电池温度的升温，电池温度的升高又会进一步促使反应加剧，从而形成产热与温升的正反馈。当温度升高到一定程度时，锂电池的电极材料与电解液之间会发生一系列副反应，这些副反应往往会产生更为剧烈的热效应，引起电池温度进一步升高，此时的电池就有鼓胀、泄露、着火，甚至爆炸的危险，这种现象被称为“热失控”。

因此，对锂电池材料的热特性进行分析就变得极为必要。就目前而言，DSC与ARC是评估电池材料热稳定性最为重要的两种手段。

3个样品中，有两个是常规极片样品，有一种是改性后的极片样品。改性的目的是为了通过增加包覆材料，改善电极材料的热特性，降低热失控风险，想通过DSC观察改性效果。

制样附注：由于锂电材料往往都对空气中的水、氧气非常敏感，所以制样以及装样过程全部都在惰性气氛下的手套箱内完成。由于样品在测试过程中存在分解和相互反应，所以测试必须选用密闭型的高压坩埚。

通过比较可以很明显地观察到，改性以后的极片，放热峰明显后移，说明材料热稳定性提高。但是，改性极片的放热量高于未改性极片，尤其是260 ℃左右的放热峰尤为明显。猜测可能是改性材料参与了反应，从而提升了放热量。而放热量提升实际上不利于电极材料的热稳定的，因为一旦到达样品的反应放热温度，放热量过大的话会加速二次反应的发生，从而引发“热失控”。

通过DSC可以帮助分析电极材料的稳定性，放热温度越高，放热量越小，说明材料稳定性越好；反之，则有更高的热失控风险。当然，如果想更深入地了解电极材料的热失控过程，还可以通过ARC来帮助评估。

作者

周延

耐驰仪器公司应用实验室