鋰電池安全性高度依賴電解液與封裝樹脂的熱穩(wěn)定性,DSC可作為快速評估材料熱風(fēng)險與固化工藝的核心手段。以下分別針對兩類材料給出具體分析方案。
一、電解液熱行為分析:熱穩(wěn)定性評估
電解液主要由鋰鹽溶解于碳酸酯類溶劑構(gòu)成,其熱失控始于溶劑分解與鹽分解的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。由于電解液極易吸濕水解,樣品制備必須在充滿高純氬氣的手套箱內(nèi)完成,全程嚴(yán)格控制水分與氧氣含量。測試時須采用高壓不銹鋼坩堝并加裝密封圈,防止升溫過程中溶劑氣化導(dǎo)致坩堝爆裂污染傳感器,樣品量控制在兩到五毫克之間,過少信號微弱,過多則易溢出。升溫速率設(shè)定為每分鐘五至十?dāng)z氏度,溫度范圍從室溫延伸至三百攝氏度,氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)。常規(guī)測試中通??色@得一至三個放熱峰,第一個峰約在一百五十至二百攝氏度之間,對應(yīng)溶劑揮發(fā)及部分分解;第二個主峰約在二百二十至二百六十?dāng)z氏度之間,對應(yīng)鋰鹽分解及溶劑聚合放熱。評價電解液熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)包括放熱起始溫度和總放熱量,放熱起始溫度越低表示熱穩(wěn)定性越差,總放熱量越大表示潛在熱失控風(fēng)險越高。通過對比不同配方的起始溫度和放熱量,可為電解液配方篩選提供定量依據(jù)。
二、封裝樹脂熱行為分析:固化度與玻璃化轉(zhuǎn)變
封裝樹脂需通過固化形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),DSC用于監(jiān)控固化工藝是否到位。固化度測定采用等溫法,先在設(shè)定的等溫固化溫度下保持六十至九十分鐘,記錄等溫固化放熱曲線,積分得到等溫固化殘余放熱量。固化完成后以每分鐘十?dāng)z氏度的速率升溫至二百五十?dāng)z氏度,掃描殘余樹脂獲得后固化放熱量,固化度即由后固化放熱量減去等溫固化殘余放熱量除以后固化放熱量計算得出,目標(biāo)值應(yīng)達(dá)到百分之九十五以上。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定需進(jìn)行兩次升溫程序,第一次升溫用于消除熱歷史,隨后快速冷卻淬火,第二次升溫時讀取玻璃化轉(zhuǎn)變臺階中點。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度偏低說明交聯(lián)密度不足,偏高則可能材料變脆。封裝樹脂推薦使用非密封鋁坩堝,樣品量控制在五至十毫克,片狀或粉末狀確保與坩堝底部充分接觸,避免氣泡導(dǎo)致傳熱不良。
三、操作要點
電解液測試結(jié)束后必須緩慢泄壓,防止開蓋時殘留氣體噴濺傷人或污染設(shè)備。樹脂固化測試可使用動力學(xué)分析軟件,通過不同升溫速率下的數(shù)據(jù)求取反應(yīng)活化能,為固化工藝曲線優(yōu)化提供參數(shù)支撐。兩類材料的坩堝選擇截然不同,電解液必須用高壓密封坩堝,樹脂則用普通非密封鋁坩堝,切不可混淆。