利用新技术评估纽扣电池的安全性和热稳定性

电池可能会因温度变化或过充/过放而性能下降，因此纽扣电池 DSC 的设计旨在捕捉反应触发因素及由此引发的热事件。其专为该用途设计的纽扣电池专用样品舱能够捕获整个温度范围内的完整热流信号，从而揭示温度变化如何引发电池内部的反应。集成的导线连接可在电池发生热失效时进行电压监测，进而能够将热过程与电化学数据进行关联分析。

以下实验展示了通过纽扣电池 DSC 获得的关键电池安全测量数据。

当温度达到临界高温时，会引发放热反应，导致温度进一步升高，从而发生热失控。确定起始温度及随之发生的反应，对于预测电池失效并设计更安全的电池至关重要。

在下面的例子中，将一块 NMC 纽扣电池的温度逐渐升至 600 ℃，结果揭示了反应的四个阶段：

1. 不可逆电芯分解的起始温度
2. 隔膜熔融和纽扣电池密封垫熔融，从而允许释放出的气体排出以进行逸出气体分析
3. 电解液与活性材料的热分解及交叉反应
4. 密封垫热降解及与活性材料的高温反应

得益于纽扣电池 DSC 的高灵敏度传感器，能够实现对完整纽扣电池升温过程的监测。该技术可提供更精确的起始温度分析，并有助于对复杂的反应机理进行表征。

准确识别电池何时发生短路并丧失功能，对于工程与设计至关重要。电压监测能够评估电池的荷电状态，并在发生内部短路或电压骤降时捕捉电化学信号，从而将引发这些变化的内部反应进行关联分析。

下图显示了短路何时开始发生。这种电压的急剧下降表明电池发生了短路，随后电芯会完全失效，电压降至 0 V。准确定位电池短路问题，有助于电池开发人员判断其设计是否满足常规使用条件下的安全要求，或者是否需要重新设计以耐受更高的温度。插图显示，反应热流在 119 ℃ 左右开始，导致电压在 130 ℃ 时出现下降，揭示了电池早期的衰减迹象。

除了如上所述识别短路和热失控起始温度外，电池开发人员还需要了解电池超出安全阈值时发生的反应及逸出气体的成分。逸出气体分析能够揭示反应过程中释放的气体，如二氧化碳、氧气、碳氢化合物及其他分解产物。识别这些气体对于评估电池失效时是否会造成更大的安全和火灾风险至关重要。

最后，所有这些数据的价值，完全取决于您对其进行分析的能力。纽扣电池 DSC 的 TRIOS 软件将仪器控制、数据分析和报告功能整合于一体，提供卓越的用户体验。内置模板可简化常见的纽扣电池安全测试方法。此外，TRIOS 软件还能高效整合来自不同测试模式的数据，包括电压监测、逸出气体分析和热流测量。

了解有关纽扣电池 DSC 的更多信息，并联系 Waters 材料科学的电池专家以获取更多详情。