Lựa chọn phương pháp kiểm tra cho quá trình nghiên cứu, sản xuất pin với mỗi công đoạn thì thiết bị phân tích nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong việc đưa ra các thông số, tính chất cơ lý nhiệt, độ an toàn, khả năng tái sử dụng của nguyên liệu, thành phần và pin thành phẩm.

nguyên liệu thô

Theo xu thế bảo vệ môi trường và thay thế nguyên liệu hóa thạch. Các nhà sản xuất đang dần chuyển sang nghiên cứu pin. Mục tiêu là tìm ra vật liệu mới cho phép sử dụng năng lượng và công suất tốt hơn. Mật độ khối lượng được định nghĩa là tỷ lệ giữa khối lượng và thể tích. Mật độ trong viên pin là khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn. Điều này đòi hỏi thiết bị đo đạc tinh vi để sản xuất và xác định đặc tính của các vật liệu như vật liệu cực dương và cực âm, bộ phân tách, chất điện phân, lớp ranh giới. Nếu đang nghiên cứu, phát triển hoặc sản xuất nguyên liệu thô cho ngành công nghiệp pin.

Các thông tin về nguyên liệu thô sản xuất pin: 

• Tính chất của vật liệu nano / vô định hình / kém kết tinh
• Hiểu tính chất và độ ổn định của vật liệu như một hàm của nhiệt độ
• Xác định thành phần hóa học của các khí sinh ra (Phản ứng phân hủy là phản ứng cảm ứng nhiệt của một hợp chất hóa học tạo thành các sản phẩm rắn hoặc khí, phân hủy, giải hấp)
• Hiểu được tính ổn định nhiệt của nguyên liệu pin
• Thu được thông tin biến đổi pha, giản đồ pha
• Lấy dữ liệu đặc tính nhiệt để đưa vào các chương trình mô hình hóa nhiệt của các Cell và Pack pin

Thành phần (anod, cathod, Bộ chia)

Khi các nguyên liệu thô mới đã được lựa chọn, việc chế tạo các điện cực dẫn đến các câu hỏi liên quan đến việc sản xuất và sử dụng chúng. Phân tích nhiệt sẽ mang đến đầy đủ các thông tin để mô tả đặc điểm của các điện cực, bộ phân tách, chất điện phân đó.

Các thông tin cần nắm trong phát triển hay sản xuất các thành phần của pin: 

• Đặc trưng đặc tính cơ nhiệt học như co ngót và giảm trọng lượng trong quá trình thiêu kết. Thiêu kết là một quá trình sản xuất để tạo thành một tính chất cơ học tốt từ nguyên liệu gốm hay bột kim loại. Nung kết và giãn nở nhiệt
• Đặc trưng cho độ dẫn nhiệt. Độ dẫn nhiệt (λ với đơn vị W / (m • K)) mô tả sự truyền năng lượng - dưới dạng nhiệt - qua một vật có khối lượng là kết quả của gradient nhiệt độ (xem hình 1). Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học, nhiệt luôn truyền theo hướng nhiệt độ thấp hơn. Tính dẫn nhiệt của điện cực
• Đo nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của các điện cực có cùng độ xốp
• Cải thiện độ ổn định nhiệt của cathode của bạn
• Phân tích hành vi nhiệt của điện cực dưới áp suất cao
• Phát hiện các vấn đề không tương thích giữa các thành phần
• Phát triển các phương pháp để sản xuất và mở rộng quy mô

thiết kế cell pin

Mọi ứng dụng đều có các yêu cầu và ràng buộc về hiệu suất khác nhau. Không có một hóa học nào là giải pháp phù hợp cho tất cả các ứng dụng. Các thay đổi thành phần dẫn đến ứng dụng quá trình cũng sẽ thay đổi và như công nghệ mới được hình thành. Hệ thống quản lý nhiệt được thiết kế tối ưu rất quan trọng đối với tuổi thọ và hiệu suất của các tế bào pin (cell pin). Như thiết bị điện hóa, hiệu suất và tuổi thọ của pin bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ cao làm tăng phản ứng phụ và phân hủy ranh giới giữa các phần, làm giảm tuổi thọ pin và tăng chi phí thay thế pin. Việc phát triển các hệ thống pin được hiệu chuẩn chính xác dựa trên các phép đo chính xác về nhiệt tỏa ra từ các tế bào pin tạo ra trong toàn bộ chu kỳ sạc / xả, cũng như kết quả trong quá trình thử nghiệm.

Phát triển hoặc sản xuất cell pin, bạn cần biết:

• Hiểu tác động của thiết kế tế bào cell đối với hiệu suất của pin
• Biết nhiệt độ tại đó các tế bào ion liti hoặc các thành phần của chúng có thể thể hiện sự chuyển đổi mẫu hay một phản ứng tỏa nhiệt nếu nhiệt được tạo ra
• Biết được lượng năng lượng toả ra trong một phản ứng, tốc độ của phản ứng và các mức áp suất do khí phân huỷ tạo thành
• Đánh giá Pin dưới tác động của thử nghiệm đâm xuyên hay nghiền

tuổi thọ pin

Khi pin được sạc hoặc xả, nhiệt sẽ được tạo ra và hấp thụ. Phép thử đẳng nhiệt ở nhiệt độ được cài đặt và duy trì không đổi được gọi là đẳng nhiệt. Phép đo nhiệt lượng kết nối với bộ chu kỳ pin là một cách phổ biến để phân chia dòng nhiệt qua đó phân tích vòng đời của pin. Nhiệt độ, tốc độ sạc / xả và độ sâu xả đều có ảnh hưởng lớn đến vòng đời của Cell pin. Các thiết kế Pin mới (lựa chọn vật liệu mới hay việc lắp ráp các thành phần mới) có thể được đánh giá nhờ việc đo nhiệt lượng. Gia tốc nhiệt lượng (ARC®) được trang bị cảm biến 3D cho phép thử nghiệm trong phép đo đẳng nhiệt ở nhiệt độ không đổi được gọi là chế độ đẳng nhiệt. Chế độ nhiệt hoàn toàn an toàn cho thiết bị và người vận hành.

Nếu phân tích hiệu suất pin, các thông tin bạn nên quan tâm: 

• Thu thập dữ liệu nhiệt chính xác từ mô-đun pin
• Kiểm tra sạc / xả một cách an toàn mà không có bất kỳ rủi ro dẫn đến hỏng thiết bị
• Kiểm tra xem có bất kỳ sự suy giảm nào so với hiệu suất ban đầu hay không
• Khẳng định được hiệu suất theo thời gian để đánh giá tác động của quá trình lão hóa và chu kỳ sạc pin
• Đánh giá những thay đổi thiết kế vật lý và điện hóa dẫn đến mô-đun pin tốt hơn

tái chế

Khi pin đã hết tuổi thọ, chúng được thu thập để phục hồi hoặc tái sử dụng trong các ứng dụng ít yêu cầu kỹ thuật hơn hay pin được tháo rời thành từng phần riêng lẻ được tái chế. Pin được tạo tạo ra từ nhiều thành phần như các polyme, oxit, vật liệu kim loại khác nhau. Phân tích nhiệt là công cụ đặc trưng hữu ích trong lĩnh vực này.

Trong lĩnh vực tái chế pin, các thông tin cần biết:

• Đánh giá tính khả thi của việc phân tách vật lý các thành phần chính của pin
• Đánh giá hiệu quả của việc giải phóng các thành phần khác nhau khi pin được chuyển đổi thành các mảnh
• Đặc điểm hóa từng thành phần của pin, khi bị phân mảnh
• Đặc trưng cho vật liệu tái chế nano / vô định hình / kém kết tinh
• Hiểu hành vi vật chất của vật liệu tái chế ổn định như một hàm của nhiệt độ

hiệu năng pin và độ an toàn

Công nghệ pin Lithium ion mang lại nhiều lợi thế trong ứng dụng điện di động nhưng một mối quan tâm lớn đó là an toàn. Các nhà phát triển pin cần các công cụ cho phép họ thiết kế pin an toàn hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. Theo "tình huống xấu nhất" (Sự mất nhiệt là trường hợp mà phản ứng hóa học không kiểm soát được về nhiệt độ hay áp suất do chính phản ứng hóa học gây ra. Mô phỏng sự mất nhiệt thường được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị đo nhiệt lượng theo sơ đồ đo gia tốc nhiệt (ARC)), AdiabaticAdiabatic mô tả một hệ thống hoặc chế độ đo mà không có bất kỳ sự trao đổi nhiệt nào với môi trường xung quanh, chế độ này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị nhiệt lượng kế theo phương pháp đo gia tốc nhiệt (ARC). Mục đích chính của một thiết bị như vậy là nghiên cứu các trường hợp và các phản ứng thoát nhiệt. Mô tả ngắn gọn về chế độ đoạn nhiệt là “không tỏa nhiệt vào - không tỏa nhiệt”. Phép đo nhiệt lượng tĩnh có thể cung cấp nhiều câu trả lời thích hợp, bao gồm nhiệt độ tại đó các tế bào ion lithium hoặc các thành phần của chúng có thể biểu hiện phản ứng tỏa nhiệt cao và áp suất liên quan. Với phương pháp đo nhiệt lượng đẳng nhiệt, có thể trực tiếp thu được thông tin về quản lý nhiệt bằng phương pháp truyền nhiệt.

Trong phát triển hoặc sản xuất nguyên liệu thô cho pin hay thiết kế các cell và pack pin các thông tin cần biết:

• Kiểm tra quá trình thoát nhiệt của pin trong cả tình huống bình thường và kích thích
• Phân tích áp suất được tạo ra khi pin phát nổ trong nhiệt lượng kế
• Hiểu được quá trình ngắn mạch bên trong xảy ra ở nhiệt độ nào khi có sự phân hủy của các thành phần riêng lẻ
• Hiểu được điều gì xảy ra về mặt hóa học và nhiệt học khi bị đoản mạch bên trong tạo ra các điểm nóng trong Cell pin
• Cell pin được thiết kế để giảm khả năng phát triển điểm nóng và tiêu thụ tế bào
• Thiết kế, lựa chọn hoặc chỉ định các thiết bị an toàn nhiệt (ví dụ: lỗ thông hơi, CID, PTC) dựa trên dữ liệu nhiệt độ và áp suất bên trong Cell, trong quá trình phân hủy nhiệt và để biết các Cell pin này hoạt động tốt như thế nào trong việc giảm thiểu sự cố rủi ro.
• Phân loại các Cell riêng lẻ liên quan đến rủi ro và nguy cơ tiềm ẩn của chúng
• Chạy hoàn toàn an toàn, thử nghiệm sạc / xả đẳng nhiệt mà không có nguy cơ phá hủy thiết bị
• Giảm khả năng xảy ra chuỗi phản ứng Cell do sự vận chuyển nhiệt giữa các tế bào liền kề