应用案例｜绝热加速量热仪用于研究电池材料热稳定性

目前，电池材料热稳定性测试方法主要有以下两种^[1]：

1. DSC测试法：通过程序温度控制下，测量样品与参比物之间单位时间的功率差或温度差随温度变化计算样品发热功率。该方法使用毫克级别的样品量，测试均相体系准确性较高，但对于电极材料和电解液混合物一类的非均相体系，测试结果可能缺乏统计学意义；

2. ARC测试法：在绝热环境下测定样品温升速率变化，从而通过单位时间内的绝热温升计算样品发热功率。该方法为克级测试，因此更适合测定非均相样品。

本文利用绝热加速量热仪经典的HWS模式测定了电池材料的热分解反应特征参数，并基于阿伦尼乌斯方程拟合得到了反应动力学参数。相关结果有助于电池设计和系统热仿真，改进电池系统的热安全性能。 

实验仪器：仰仪科技TAC-500A绝热加速量热仪；

1. 正极材料、电解液及两者混合物

50%SOC高镍正极材料、电解液及两者混合物的热分解放热特性如图3所示，正极材料的自放热起始温度为145.78℃，而电解液略高，达到165.70℃。因此两者按一定比例混合后自放热起始温度为150.43℃，介于两者之间；同时，可检测到单组分正极材料存在第二段放热反应，反应起始温度为271.25℃。另外，可以证明高镍正极材料和电解液之间存在剧烈反应，最大温升速率达到485.37℃/min，而对于单独的正极材料或者电解液，其最大温升速率均不超过5℃/min。上述结果符合相关文献报道^[2][3]。

如图4与表2所示，50%SOC中镍正极材料&电解液混合物的自放热起始温度高于高镍材料&电解液的数值，其反应最高温度和最大温升速率低于高镍材料&电解液的数值，证明高镍正极的热稳定性相对较低。 

表2 热力学参数汇总表

3. 动力学参数拟合

图5 (a) 50%SOC中镍正极材料&电解液混合物、(b) 50%SOC高镍正极材料&电解液混合物、(c,d) 50%SOC高镍正极材料以及(e) 电解液的热分解反应动力学拟合结果

表3 动力学参数汇总表

利用TAC-500A绝热加速量热仪可以高效、准确地测定电池材料的热稳定性参数，并拟合得到反应动力学方程，助力研究人员进行电芯开发与安全优化。

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