鋰離子電池被廣泛應用于手機以及筆記本電腦等家用電器中。今后，作為交通工具的飛機、混合動力車（HV）以及電動車（EV）等對鋰離子電池的需求也將顯著增加，為此，鋰離子電池需要具備更高的功率、效率，以及更長的使用壽命、更高的安全性。 鋰離子電池由陽極、陰極、電解液、分離器等部分組成，為提高性能，需要使用儀器對每個組成部分以及整個電池進行詳細的特性評價和解析。本文向您介紹使用熱分析法對鋰離子電池進行熱特性評價的示例

電極材料的熱穩定性評價：

如果鋰離子電池過度充電，可能會異常發熱，從而導致著火。為此，評價電池的安全性能時，需評價電池各部分在加熱時的反

應。圖1 中上方的曲線是使用DSC（差示掃描量熱儀）對充電后的電池中的陽極活性物質（LiCoO4）和電解液進行測定得到的結果。由圖可知，由于充電活性物質變得不穩定，在200 °C 附近檢測到因分解而產生的巨大發熱峰。該峰越小且溫度越高的地方，熱穩定性就越高越安全，這是選擇電極材料化合物以及制備時的重要參考信息。 下方的曲線是對未充電電池中的陽極活性物質和電解液進行測定的結果。由此可知，活性物質很穩定，并未發生大的發熱現象。

電極材料中水分含量的測定：

由于水分對鋰離子電池質量影響極大，在生產階段對材料中水分含量的管理極為重要。在此我們為大家介紹使用TGA（熱重量測量儀）來計算電極活性物質的石墨和LiFePO4 水分含量的示例  圖2 的橫坐標為溫度，縱坐標為重量減少率。對樣品進行加熱，并計算了加熱至200 °C 時重量的減少程度。由圖可知，石墨的重量減少為0.033 %，僅有微量變化。通常TGA 儀器測定的樣品量最多數十毫克左右，使用可以指定樣品克數的微型TGA，可以檢測到樣品更微量的變化

分離器的熱特性：

分離器不僅具有防止陽極和陰極短路的功能，還可以傳輸鋰離子，是確保電池性能和安全的重要組成部分。圖3 為對3 種分

離器進行DSC 測定的結果。 對各個樣品加熱至100～150 °C 后，檢測到聚乙烯熔化的吸熱峰。熔化的峰溫度按照樣品①＜②＜③的順序逐漸變高。 由此可知，分離器在熔化溫度附近開始收縮，說明當電池異常發熱時，在高溫狀態下發生收縮更為安全。在160 °C 附近檢測到樣品②的吸熱峰，可推斷其中含有微量的聚丙烯

圖4 為通過TMA（熱機械分析）測定加熱后樣品尺寸變化的結果。對薄膜沿拉力方向一邊施加微小載荷，一邊測量其伸長或收縮量。分別在MD（縱向）和TD（橫向）2 個方向，對與DSC測試目標①、②相同的物質進行了測定。 比較樣品①和②時，發現與DSC 的結果相對應，MD（縱向）和TD（橫向）的結果均顯示樣品②在高溫時具有收縮傾向。另外，樣品①和②都顯示出TD（橫向）的收縮量小于MD（縱向）。在橫向收縮中，樣品①的收縮量比樣品②要小。從防止異常發熱時發生短路這一安全角度考慮，樣品①的收縮溫度較低不占優勢，但其TD（橫向）收縮量較小，這一點又比較有利圖5 為TMA 測定得到的收縮應力。由圖可知，隨著加熱溫度升高，收縮應力也增大，在130 °C 前后達到大應力后開始減少。 還由圖可知，MD（縱向）的收縮應力大于TD（橫向）。由圖4 可知，在 MD 方向未觀察到樣品①和②明顯有明顯的收縮變化，而收縮應力則存在顯著的不同