【摘要】 分解温度是指在一定条件下，化学物质分解反应发生的温度。

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在TG-MS联用分析中，首先通过热重分析（TG）对正极材料进行加热，并记录其质量随温度的变化情况。这有助于确定正极材料的热分解温度范围、质量损失速率以及可能存在的热稳定性问题。同时，质谱（MS）技术则用于实时监测和分析在加热过程中释放出的气体成分。通过对比不同循环次数后正极材料的TG-MS数据，可以揭示正极材料在循环过程中的热分解机制和气体释放行为。

对于钠电池正极材料而言，其热稳定性对于电池的安全性和循环寿命至关重要。通过TG-MS联用分析，可以深入探究正极材料在循环后的热分解过程，了解其在不同温度下的质量损失和气体释放情况。这些信息有助于优化正极材料的组成和结构设计，提高其在高温或异常条件下的稳定性，从而增强钠电池的安全性能。

 

测试概念

分解温度是指在一定条件下，化学物质分解反应发生的温度。当化学物质受热分解时，其分子或离子内部的键发生断裂，使得反应物分解为不同的产物，一般也伴随着气体的生成。

 

测试原理

正极的热稳定性可以通过热重分析（TGA）联用差示扫描量热法（DSC）和质谱仪（MS）来评估。TGA-MS可以记录充电正极的质量损失并检测损失O2的量随温度变化的情况。DSC可以提供正极与电解液混合物放热燃烧反应的温度和热量释放的信息。

 

测试资料

对于钠离子电池的正极材料，稳定的晶体结构至关重要，因为高电压下活性物质的分解会带来很多安全隐患。一旦温度达到临界点，便会引发正极的热分解以及电解液的燃烧反应。在这个过程中，正极分解的温度对电池的安全性尤为关键。

 

结果分析

通过TG-MS联用可以对循环后的正极材料的热稳定性进行分析，并分析其逸出的气体成分。从右图中可以看出，样品中水的释放温度区间主要集中在初始温度和300℃往上的第一个失重过程中。并且，从氧气的释放温度区间可以判断循环后的单晶层状镍铁锰酸钠在300℃开始便发生层状结构的变化，归结为层状结构的相变引起氧气的释放，而氧气的释放会促燃影响电池的热安全性。高温下的逸出气体产物主要为CO2、甲烷和氢气，这与正极材料的高温结构演变和持续分解是密不可分的。

 

循环后单晶镍铁锰酸钠样品TGA-MS曲线-源自网络

 

TGA-DSC 图片源自网络

 

图片源自网络

 

参考文献

  • Yuan Y, Cao D, Gong Y, et al. Analysis of the Thermal Decomposition of Sodium-ion Battery Positive Electrode Materials by TG-MS[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2018, 165(14): A3505-A3511. 这篇文章使用TG-MS技术对钠离子电池正极材料的热分解进行分析，揭示了材料循环后的热稳定性情况。

  • Kim W, Lim K S, Ha H W, et al. In situ thermal, stability of P2-type Na0.67Ni0.67Mn0.33O2 using thermal gravimetric analysis-mass spectroscopy[J]. Journal of Power Sources, 2018, 375: 381-387.这篇文章使用TG-MS技术研究了P2型钠离子电池正极材料Na0.67Ni0.67Mn0.33O2的热稳定性，在不同温度下研究了正极材料的热分解行为。

  • Yang Z, Yang Z, Li C, et al. A Combined TGA-MS Study of Na-NCA Cathode for Sodium-Ion Batteries[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2020, 167(4): 045514. 这篇论文使用TG-MS分析技术研究了钠离子电池正极材料Na-NCA在循环过程中的热稳定性。

 

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