热分析技术在化学电池行业的应用

热分析技术在化学电池行业的应用焦联联耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司摘要：电池是将物质化学反应产生的能量直接转换成电能的一种装置。在充电时它将电能转换为化学能，并以化学形式储存能量，放电时将化学能转换为电能，以电能形式释放能量。化学电池各个组成部分：如电极、电解质、隔膜、外壳等涉及材料类型众多，为了深入了解电池材料物理化学性质，热分析技术在材料的研究、探讨过程中被研究人员所广泛使用。关键词：电池、化学电池、热分析一、化学电池的分类电池可分为化学电池和物锂电池。1、化学电池的分类如下：（1）原电池（一次电池）电池经过连续放电或间歇放电后，不能用充电的方法使两极的活性物质恢复到初始状态，即反应是不可逆的，因此两极上的活性物质只能利用一次。原电池的特点是小型，携带方便，但放电电流不大。一般用于仪器及各种电子元器件。常见的原电池有：锌锰干电池Zn∣NH4Cl，ZnCl2∣MnO2碱锰干电池Zn∣KOH∣MnO2锌银电池Zn∣KOH∣Ag2O（2）蓄电池（二次电池）电池工作时，在两极上进行的反应均为可逆反应。因此可用充电的方法使两极活性物质恢复到初始状态，从而获得再生放电的能力。蓄电池能够充电和放电循环多次。常见的蓄电池有：铅酸蓄电池Pb∣H2SO4∣PbO2镉镍蓄电池Cd∣KOH∣NiOOH锌空气电池Zn∣KOH∣O2（空气）镍氢蓄电池MH∣KOH∣NiOOH锂离子电池LiCoO2∣有机电解质∣C（3）燃料电池（连续电池）燃料电池是一种能量转换装置，在工作时必须有能量（燃料）输入，才能产出电能。普通蓄电池是一种能量储存装置，必须先将电能储存到电池中，在工作时只能输出电能，在工作时不需要输入能量，也不产生电能，这是燃料电池与普通电池本质的区别。燃料电池是将化学能转变为电能，普通蓄电池也是将化学能转变为电能，这是它们共同之处，但燃料电池在产生电能时，参加反应的反应物质在经过反应后，不断地消耗、不再重复使用，因此，要求不断地输入反应物质。普通蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电变化，活性物质反复进行可逆性化学变化，活性物质并不消耗。按电解质划分，燃料电池大致可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）目前最常用的燃料电池为质子交换膜燃料电池（PEMFC）。2、化学电池的基本组成部分要组成一个电池必须要有以下几个基本组成部分，（1）电极电极是电池的核心部分，主要涉及金属(合金)、石墨、活性炭、乙炔黑、或有机碳等(也有用碳化硼等材料)、粘结剂疏水性聚乙烯或聚四氟乙烯等。（2）电解质电池的主要组成之一，在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用。（3）隔膜也叫隔离物-1-放在电池的正负极之间，其作用是防止正负极活性物质直接接触，造成电池内部短路。除此以外，隔膜还应具有能使电解质中离子通过的能力。由于锂离子电池系列的电解液为有机溶剂体系，因而隔膜材料对有机溶剂耐溶。隔膜双向拉伸强度高，穿刺强度高，收缩率低，表面无静电孔隙率高，孔径分布均匀，电解液浸润性佳，具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度。隔膜材料主要有：PP、PE等。（4）外壳它是电池的容器，对于电池外壳要求有良好的机械强度，耐振动，耐冲击，耐高低温的变化及电解液的腐蚀。碳性电池的外壳一般是锌，碱性电池外壳一般是钢壳。二、热分析在化学电池行业的应用1、隔膜材料PP/PE热分析测试测量仪器NETZSCHDSC204F1样品质量5.41mg温度范围室温...180℃升温速率5K/min气氛氮气（静态）材料类别热塑性塑料图1：隔膜材料PP/PE的DSC测试隔膜作为电池的组成之一，是特殊形式的隔板。电池隔膜是电池结构中最重要的一部分，它作为电池的正负极之间的隔离板，首先它必须具备良好的电绝缘性，其次由于它在电解液中处于浸湿状态，必须具备良好的耐碱性，并且要有良好的透气性等。因此电池制造商在选择隔膜时多选用在较广的温度范围内（-55℃～85℃）保持电子稳定性、体积稳定性、和化学稳定性，对电子呈高阻，对离子呈低阻，便于气体扩散的尽量薄的隔离板。隔膜纸除了以上所述的条件外，还应当具有足够的机械强度和韧性，以保证电池在卷绕和极片膨胀时不至于断裂。从图1中可看出如下特征：在升温过程中，出现两个熔融主峰，第一个熔融峰顶端出现两个熔融峰值，分别为：134.8℃、136.4℃；其熔融热焓为237.7J/g（241.8*98.4%），推测该熔融主峰为材料内部聚乙烯PE的熔融，熔融顶端两个熔融峰值的出现，推测可能为PE内部不同的晶型熔融造成；在161℃附近有一非常微弱的熔融峰，热焓4.1J/g（241.8*1.6%），推测为材料内部聚丙烯PP的熔融。－―未完待续-2-