动力驱动

2023 年 7 月 25 日

阅读时间：6分钟

世界由电力驱动！从手机、电动汽车到电网储能，电池是我们日常生活中不可或缺的动力元素。创新推动着电池行业的发展，研究人员和制造商开发出性能更好、更安全、成本更低的新型材料。

在过去的 10 年中，人们开始大力发展更加环保的交通方式，世界各国政府也纷纷出台政策和激励措施，推广使用电池能源。因此，现在对更高效、更具成本效益的电池的需求空前高涨。沃特世的 TA 仪器部门正与我们的客户合作，帮助他们开发新型材料并优化电池制造工艺，以提高效率和可持续性。

为您的世界提供动力

锂离子电池为当今世界上大多数电动汽车 (EV) 提供动力。电动汽车电池制造商利用我们的全面技术（热分析、流变学和微量热仪）来确保其电池安全、高效、耐用，并可适当回收。从全面分析锂离子电池材料以帮助电池生产商选择正确的组件到筛选电池化学成分，我们一直在与五大领先电动汽车制造商中的三家合作，以提高性能、降低成本并确保锂离子电池的持续安全性。

锂离子电池是一个复杂的系统，由多种材料共同作用，产生精确的电化学过程。一个功能电池需要

一个阴极和一个阳极，促进离子的可逆交换。
作为导电介质的电解质。
防止内部短路的隔板。

随着电动汽车电池价值链变得更加复杂和垂直整合，我们的技术将继续解决这一快速发展行业的关键研究和测试需求。

电池充电背后的科学原理

了解电池内部材料在运行过程中如何发生物理和化学作用，对于确定电池的长期性能至关重要。

电池充电（如电动汽车插入充电站时）和放电（如电动汽车在道路上行驶时）时产生的热量与电池单元中的电化学反应有关。区分电池电化学储能反应产生的热量与造成容量损失和废热产生增加的寄生副反应至关重要。这将衡量电池化学反应的效率（副反应损失了多少储存的能量）以及电池在持续运行中衰减的速度。

TA 仪器公司的电池循环微量热仪解决方案是一种非破坏性技术，使研究人员能够对电化学循环过程中的热流进行高分辨率的操作中测量。该平台使用TAM IV 微量热仪和 TAM 助手软件，并与 BioLogic VSP-300 恒电位仪集成，可准确、快速地检测寄生反应，用于筛选新的电池配方或识别有缺陷的电池。

tam 电池循环器电池实验室技术装载 — TA Instruments 电池循环器微量热仪溶液。

确保电池关键部件的安全

提高安全性是电池开发的另一个方面。导致电池工作温度不可预测地升高的放热反应可能会导致热失控，这是一种无法控制的自热事件，通常会引发火灾。

热分析，包括热重分析 (TGA) 和差示扫描量热法 (DSC) 是用于确定热稳定性的基本技术，包括放热反应的开始时间和电池材料的反应热。放热反应的开始和释放的热量可帮助电池工程师设计热管理系统，并对不同充电状态下的阴极和阳极材料进行安全评估。

电池隔膜是确保电池安全的最关键部件之一。

分离器是一种多孔或离子导电聚合膜，可防止阴极和阳极之间的物理接触，同时允许离子传输。
可采用多种技术对电池隔膜进行热分析，以确保它们具有防止内部短路所需的热稳定性和机械稳定性。
动态机械分析仪 (DMA)可用于测量机械性能，以确保较高温度下的机械稳定性。

机械性能对于高强度复合材料也很重要，高强度复合材料通常用于电池外壳和模块/封装材料。除模量和强度外，机械疲劳测试对于评估疲劳寿命（机械失效周期）也至关重要，有助于研究人员开发高耐久性材料。

优化电池产品以节约成本

电极制造占电池组总成本的 20-40%。它包括将活性材料、粘合剂和导电添加剂混合成浆料（混合材料的有机溶剂），然后在集流器上涂覆和干燥。来料定量和浆料表征有助于节省制造时间和成本。流变学是优化电极制造工艺时评估原材料、浆料稳定性和可加工性的最佳技术之一。电池浆料流变学评估揭示了在外加应力或力作用下的特性变化。