Évaluer la sécurité et la stabilité thermique des piles boutons à l’aide d’une nouvelle technologie

Les batteries peuvent se dégrader en raison de variations de température ou de surcharge/décharge excessive, la DSC de pile bouton est donc conçue pour capturer les déclencheurs de réaction et les événements thermiques qui en résultent. Sa capsule pour pile bouton adaptée à l’usage capture le signal complet de flux de chaleur sur toute la plage de température, révélant comment les variations de température peuvent entraîner des réactions au sein de la batterie. Une connexion filaire intégrée permet de surveiller la tension pendant la défaillance thermique de la pile, vous permettant de corréler les processus thermiques avec les données électrochimiques.

Les expériences suivantes montrent des mesures clés de sécurité des batteries obtenues à partir de la DSC de pile bouton.

L’emballement thermique se produit lorsqu’une température critique élevée déclenche des réactions exothermiques qui entraînent d’autres augmentations de température. Identifier la température de déclenchement et les réactions qui en résultent est crucial pour prédire les pannes et concevoir des batteries plus sûres.

Dans l’exemple suivant, une pile bouton NMC a été portée à 600 °C, révélant quatre étapes de la réaction :

1. Température d’amorçage de décomposition irréversible de la pile
2. Fusion du séparateur et fusion du joint de la pile bouton permettant l’évent des gaz pour l’analyse des gaz émanents
3. Décomposition thermique et réaction croisée de l’électrolyte et des matériaux actifs
4. Dégradation thermique du joint et réaction à haute température avec les matériaux actifs

Cette montée en température d’une pile bouton entière a été facilitée par le capteur très sensible de la DSC de pile bouton. Cette technologie offre une analyse de température de déclenchement plus précise et soutient la caractérisation de mécanismes de réaction complexes.

Identifier exactement quand une batterie court-circuite et perd sa fonctionnalité est crucial pour l’ingénierie et la conception. La surveillance de la tension mesure l’état de charge de la batterie et détecte les signaux électrochimiques lorsqu’un court-circuit interne ou une chute de tension se produit, corrélant les réactions qui entraînent les changements.

La figure suivante montre quand un court-circuit commence à se produire. Cette chute brusque de tension indique un court-circuit, suivie de l’échec complet de la pile et d’une chute de tension à 0 V. Identifier un court-circuit de batterie aide les développeurs de batteries à déterminer si leur conception est sûre pour des conditions d’utilisation typiques ou doit être révisée pour résister à des températures plus élevées. Le graphique inséré a montré un début de flux de chaleur de réaction autour de 119 °C qui a conduit à une diminution de la tension à 130 °C, révélant des signes précoces de dégradation.

En plus d’identifier les courts-circuits et les températures de déclenchement de l’emballement thermique comme indiqué ci-dessus, les développeurs de batteries doivent également comprendre les réactions et la composition des gaz émis si une batterie dépasse les seuils de sécurité. L’analyse des gaz émis révèle les gaz libérés lors d’une réaction, tels que le dioxyde de carbone, l’oxygène, les hydrocarbures et d’autres produits de décomposition. Identifier ces gaz est essentiel pour déterminer si une batterie présente des risques de sécurité et d’incendie plus importants lorsqu’elle échoue.

Enfin, la puissance de toutes ces données dépend entièrement de votre capacité à les analyser. Le logiciel TRIOS de la DSC de pile bouton offre une expérience utilisateur exceptionnelle dans le contrôle des instruments, l’analyse des données et la génération de rapports. Des modèles intégrés facilitent les méthodes courantes de test de sécurité des piles boutons. TRIOS combine également efficacement les données provenant de différents modes de test, y compris la surveillance de la tension, l’analyse des gaz émis et les mesures de flux de chaleur.

Apprenez-en davantage sur la DSC de pile bouton et contactez les experts en batteries de Waters Materials Sciences pour plus d’informations.