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. Le test des cellules de batterie et une étape importante de l’optimisation de la conception et des composants des batteries, avant l’incorporation des cellules dans des modules plus larges et dans des blocs batteries. Pour comprendre l’impact de chaque composant sur les performances des cellules, veuillez vous reporter à nos solutions de tests analytiques pour la cathode, l’anode, et le séparateur.
Les scientifiques dans le domaine des batteries doivent déterminer l’efficacité des cellules ainsi que la dégradation pendant le cycle. En couplant la microcalorimétrie isotherme (MCI) et un cycleur ou un potentiostat, des informations essentielles sur les prévisions de la durée de vie, l’évaluation des performances des cellules et l’évaluation de la gestion de la chaleur peuvent être recueillies.
La solution qui associe un microcalorimètre et un cycleur de batterie de TA Instruments offre la solution intégrée et sensible à débit maximum permettant d’obtenir le maximum d’informations de vos tests de batteries, en réduisant considérablement la durée des expérimentations de quelques mois à quelques semaines, pour des données qui peuvent être répliquées de nombreuses fois.
Instruments et paramètres de test
Solution de microcalorimétrie avec cycleur de batterie
- Classement des performances des cellules
- Prévision de la durée de vie
- Détection des réactions parasites
- Gestion de la chaleur
- Changement de phase et réactions du 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.
La solution qui utilise un microcalorimètre couplé à un cycleur de batterie associe la microcalorimétrie isotherme sensible à l’analyse électrochimique dans une solution matérielle et logicielle intégrée unique. En utilisant cette méthodologie, des informations essentielles sur le comportement des cellules peuvent être obtenues. La Figure 1 montre le montage facile de l’élévateur de batterie qui est utilisé dans le microcalorimètre. Le tableau de la Figure 2 montre les données analysées avec l’Assistant TAM. Il montre la puissance parasite moyenne de la cellule et l’efficacité coulombique sur quatre cycles. L’efficacité coulombique est une mesure de l’efficacité électrochimique ; à l’inverse, la puissance parasitaire est une mesure de l’inefficacité, qui comprend les réactions secondaires chimiques et électrochimiques.
