阳极

结论:

流变学测量为研究人员提供了一种可靠的分析工具，由此可以研制电池性能更高和更具生产性的新配方。了解和控制浆料的流变性不仅有助于选择合适的制造工艺（辊到辊涂布、狭槽模涂布等），还能最大化产出量，确保产出的薄膜重量一致，涂布均匀、无缺陷，并与电极接触良好。由于 DHR 高度直观的用户界面有助于缩短操作人员培训时间和提高生产效率，因此上述流变学测量在研发和生产环境中均适用。

关于电池热失控过程还存在很多疑问，但据目前的理解来看，热失控是由以下的一系列事件引发的。随着锂离子电池 (LIB) 的温度持续上升，导致热失控的放热反应与电池内部各个组件发生破坏性相互作用。某些个别元件损坏较早，这些出现故障的大部分元件会直接导致热量的快速积聚。
最先开始损坏的是固体-电解液之间的界面膜 (SEI)，一般开始于 80-120°C (176-248°F) 左右。此时，热失控的速度有办法减缓，而一旦阳极暴露在电解液中，热失控将不可逆转。发生在反应性阳极表面的放热反应向系统中释放更多热量，直到温度达到下一个临界值。
下一个受影响的组件是隔膜，隔膜的故障过程分为两个阶段。在 120-150°C (248-302°F) 左右，隔膜开始熔化并造成小规模短路，随后，在 220-250°C (428-482°F) 附近，当隔膜发生破裂时发生更严重的内部短路。
随着温度继续升高，以下反应会直接和迅速发生，即阴极材料、粘合剂及电解液均开始分解，进而导致电芯的温度急剧上升至 800°C (1472°F) 左右。以上反应会生成气态产物，导致 LIB 内的压力升高。
除了会快速产生热量外，阴极反应还产生一个毁灭性副产物，即具有助燃性的氧气。因具体情况而异，其直接后果就是“热量 + 氧气 = 火”，或者“热量 + 气体 = 爆裂/爆炸”。当然，材料并非都是同一种，它们的故障温度范围也有高低，或者甚至未来可能会出现超出上述温度范围的材料，因此，通过适当测试为特定电池选择最安全的材料至关重要。

石墨阳极材料热不稳定性 TGA 热温图

为了避免热失控和选出耐热性好的电池材料，电池研究者们会借助于差示扫描量热法 (DSC) 和热重分析法 (TGA)：
DSC：DSC 测量流入或流出材料的热流量与温度或时间的关系。相变会扰乱温度变化与吸收或释放的热量之间的热容量关系，从图表输出中可以看出。从安全工作温度到热滥用的各种温度条件下均可进行测试。
TGA：TGA 测量样品的质量与温度或时间的关系。一般来说，热稳定性更好的材料，在质量发生变化前，可以达到更高的温度。

通过 DSC 测量结果解答以下问题：

• 材料的熔点 Tm
• 材料的玻璃化转变温度 Tg
• 电池各种组成材料的最低相变温度。

通过 TGA 测量结果解答以下问题：

• 材料开始分解的温度。
• 在一定温度下，样品因热分解或氧化分解而损失的质量。
• 在一定温度下的分解反应速率（包括氧化分解和热分解）。
• 电池各种组成材料的最高耐热温度。

在锂离子电池 (LIB) 的生产过程中，电极的制作涉及到制备“电极浆料”：固体导电颗粒以及高分子粘合剂和活性组分在溶剂介质中形成的混悬液。浆料的性质对于电池的质量而言至关重要，将影响到电池的性能和寿命。制备出有效电极浆料的主要矛盾点，在于浆料的粘性和粘弹性必须在很窄的范围内，要求它们在某些步骤中足够高而在其他步骤中则足够低，最终目标是获得均质性的浆料。
混合初期，粘度必须足够低，才能使混合均匀。混合后，粘度必须足够高，才能使导电固体保持均匀悬浮状态和避免沉降。此外，浆料必须能够均匀涂布，在干燥过程中保持平整，并且要有足够的附着力以避免出现分层剥离。非牛顿流体是最佳解决方案，因为这类流体的粘度值并非只是单一固定的常数。