利用量热法和表征方法对NMC811/LLZO/Li固态电池化学体系进行早期热安全性评估

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Early-Stage Thermal Safety Evaluation of the NMC811/LLZO/Li Solid-State Battery Chemistry Using Calorimetry and Characterization Methods

本研究采用差示扫描量热法（DSC）分析Li/LLZO/NMC811固态电池体系的热失控行为，测试总热量释放为~15 J/mAh，起始温度220°C。对比不同电极材料组合，揭示共同反应路径涉及氧释放及HF生成与锂金属的还原反应。

　　

随着包括锂金属固态电池在内的各种电池化学体系的出现，早期安全性评估可以为设计安全材料、电池单元和电池组提供重要信息。差示扫描量热法（DSC）可用于测定小样品（<10毫克）的热流。我们制备了密封的Li/LLZO/NMC811阳极-阴极-电解质（ACE）固态样品用于DSC测试，测量放热反应的起始温度、热流速率以及500°C时的总热量释放。通过DSC和TGA的质量-能量平衡，并结合其他表征方法的数据，构建了相应的化学反应路径。在DSC测试的恒速加热阶段结束时添加等温保持步骤（我们的实验方案中为500°C），可以获得更多有助于确定反应路径的热量数据。我们发现，NMC811/LLZO/Li ACE样品在500°C时的总热量释放约为15 J/mAh，起始温度约为220°C。将这种固态材料体系与使用锂金属阳极和LLZO隔膜的电池体系（阴极分别为NMC811或锂钴氧化物）进行比较，发现总热量释放和起始温度等热学参数具有相似性，这表明它们遵循类似的放热反应路径：即层状氧化物阴极活性材料释放氧气，PVDF粘合剂释放氢氟酸（HF），这些物质与锂金属及导电碳等还原剂发生反应。