La cellule est la plus petite forme conditionnée qu’une batterie puisse prendre. Les cellules de batterie lithium-ion sont disponibles en quatre formats : cylindrique, prismatique, « pochette » et « pile bouton ». Les trois premiers sont utilisés dans les produits tandis que le format « pile bouton » n’est généralement utilisé qu’à des fins de recherche. Tester les cellules de batterie constitue une étape importante dans l’optimisation de la conception et des composants de la batterie avant d’incorporer des cellules dans des modules et des batteries plus grands.
Les scientifiques dans le domaine des batteries doivent déterminer l’efficacité des cellules ainsi que la dégradation pendant le cycle. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l’analyse thermogravimétrique (TGA) peuvent être utilisées pour étudier la décomposition et la vaporisation des matériaux des cellules de batterie ainsi que la stabilité thermique dans diverses conditions. La microcalorimétrie isotherme (IMC) analyse les cellules entières de la batterie et fournit des données pour prendre en charge les prévisions de durée de vie, le classement des performances des cellules et l’évaluation de la gestion de la chaleur.

Instruments et paramètres de test

Microcalorimétrie isotherme (IMC)

  • Classement des performances des cellules
  • Prédiction de la durée de vie
  • Gestion thermique
  • Changement de phase et réactions de premier cycle

 

Exemples d’application

Test calorimétrique des cellules entières de la batterie dans les conditions opératoires

Les processus électrochimiques qui se déroulent dans les batteries, que ce soit dans des conditions de fonctionnement ou de charge, provoquent un échange de chaleur avec l’environnement. Le travail effectué lorsque les espèces chargées circulent à l’intérieur d’une cellule génère de la chaleur et entraîne les processus redox à l’anode et à la cathode et diverses réactions secondaires parasites responsables de la limitation de la durée de vie d’une batterie. La microcalorimétrie isotherme (IMC) est une technique non spécifique et non destructive qui permet de mesurer les plus petites réactions dans un matériau au cours d’un processus physico-chimique. Cela se fait en mesurant le flux de chaleur de l’échantillon à une température constante. Dans la recherche sur les batteries, la calorimétrie isotherme des cellules de batterie lithium-ion couvre trois principaux domaines d’intérêt :

  • Le premier est la puissance thermique d’une cellule du point de vue de la gestion de la chaleur.
  • Le second est la compréhension des évolutions structurales des matériaux actifs mises en évidence par les changements d’entropie.
  • Le troisième est l’isolation de la chaleur de la réaction parasite pour hiérarchiser les performances des cellules. Les évaluations des batteries « pochette », « pile bouton », des stimulateurs cardiaques, des téléphones portables et cylindriques peuvent être effectuées dans des conditions de stockage passif ou en tandem avec un cycleur de batterie.

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