多维度热分析技术赋能储能与氢能材料研发突破

在新能源产业“材料先行”的发展战略下，紫金矿业新能源新材料科技（长沙）有限公司（以下简称“紫金长沙新能源”）聚焦电化学储能、氢能技术及锂/铷/铯/钼新材料研发，近期正式引入我司HQT-4 PLUS型全自动同步热分析仪。该设备通过同步热重-差示扫描量热（TGA-DSC）联用技术，为锂离子电池正极材料热稳定性评估、全固态电解质分解机理研究及制氢电极材料高温反应行为解析提供关键数据支撑，助力紫金长沙新能源在“资源-材料-器件”全产业链布局中构建技术优势。

一、精准匹配研发需求，破解新能源材料热分析痛点

紫金长沙新能源三大核心研发方向对热分析技术提出明确需求：

Ø 储能材料：开发高镍三元正极（NCM811）、富锂锰基材料及固态电解质（如硫化物SE），需掌握材料在充放电循环中的热分解温度与放热速率；

Ø 氢能技术：研究固体氧化物电解池（SOEC）电极材料（如LSCM阴极）及碱性电解水催化剂（NiFe-LDH），需同步分析材料在还原气氛下的质量变化与相变吸热/放热；

Ø 稀有金属新材料：开发高纯铷铯盐（如Rb2CO3、CsOH）及钼基催化剂，需精准测定结晶水含量（如Rb2CO3·1.5H2O）与热分解活化能。

传统热分析设备存在单一信号采集（仅TGA或DSC）、惰性气氛纯度不足（含氧量>50ppm）及微量样品测试偏差大等问题。HQT-4 PLUS凭借TGA-DSC同步采集（质量变化与热流信号实时关联）、室温至1550℃超宽温域及99.999%超高纯气体控制系统，可满足紫金长沙新能源在多场景下的精细化热分析需求。

二、HQT-4 PLUS型设备的核心技术优势

1.同步双信号解析，揭示材料热行为本质

设备采用一体化传感器设计，可在单次测试中同步获取热重曲线（TGA）与差示扫描量热曲线（DSC），直接关联材料质量损失与能量变化的对应关系。例如，在NCM811正极材料测试中，TGA曲线可捕捉500℃-700℃的氧释放失重（约8%），同步DSC曲线显示620℃的强放热峰（对应晶格氧释放引发的热失控风险），为优化包覆工艺（如Al2O3涂层）提供量化依据。

2.多气氛动态调控，模拟极端反应环境

配备4路独立气体通道（支持Ar、N2、O2、H2及腐蚀性气体如CO2），可实现气氛切换时间<30秒及流量精度±1mL/min。在SOEC阴极材料（LSCM）研发中，设备可先通入空气（模拟烧结环境），再切换5%H2/Ar混合气（模拟电解还原条件），同步监测材料在800℃-1000℃的质量变化（如氧空位形成导致的失重）与相变吸热峰（Perovskite结构转变），为电极烧结温度优化（如950℃保温2小时）提供数据支撑。

3.微量样品高精准测试能力

搭载百万分之一克级天平（精度±0.1μg）及φ5mm微型坩埚，支持低至5mg样品的测试需求。在高纯铷铯盐纯度分析中，可通过TGA曲线在120℃-200℃的失重率（≤0.5%）精准测定结晶水含量，优于《GB/T 11064.1-2023》标准要求（≤1%），确保材料符合固态电池电解质原料纯度标准。

三、赋能紫金长沙新能源的典型应用场景

储能材料研发

Ø 高镍正极热稳定性评估：测试NCM811材料在不同SOC（荷电状态）下的热分解行为，TGA-DSC曲线显示4.3V充电态样品在210℃出现放热峰（较4.1V样品提前50℃），指导控制充电截止电压（≤4.2V）以提升电池安全性；

Ø 固态电解质分解机理研究：分析Li7La3Zr2O12（LLZO）陶瓷电解质的热分解路径，TGA曲线在800℃-1000℃的失重（约0.3%）对应Li2O挥发，结合DSC吸热峰（930℃），优化烧结气氛（通入微量O2抑制Li2O流失）。

氢能材料开发

Ø SOEC电极材料抗还原性能测试：在5%H2/Ar气氛下测试LSCM阴极，TGA曲线显示850℃时质量损失率<0.2%（优于同类材料平均值0.5%），验证其在高温还原环境下的结构稳定性；

Ø 电解水催化剂寿命评估：通过TGA曲线监测NiFe-LDH催化剂在循环伏安测试后的失重变化（≤3%/1000次循环〕，结合X射线光电子能谱（XPS），优化催化剂层厚度（如200nm）以平衡活性与稳定性。

稀有金属新材料质控

Ø 铷铯盐结晶水测定：采用阶梯升温法（50℃→120℃→200℃，各保温30分钟），TGA曲线精准量化Rb2CO3·1.⑤H2O的结晶水含量（理论值13.5%，实测13.2%），满足电子级材料纯度要求；

Ø 钼基催化剂热稳定性验证：在空气气氛下测试MoO3/Al2O3催化剂，TGA曲线显示450℃-600℃失重率<2%，确认其在VOCs催化燃烧反应中的高温稳定性（长期使用温度≤400℃）。

四、协同创新，共筑新能源材料研发生态

紫金长沙新能源作为紫金矿业集团新能源战略的核心研发平台，已建成储能、氢能、新材料三大研究所，累计获得42项专利。此次引入HQT-4 PLUS型设备，双方将在以下领域深化合作：

Ø 定制化测试方案开发：针对固态电解质粉末、氢电极薄膜等特殊样品形态，优化样品制备方法（如压片成型、悬浮液涂覆）；

Ø 数据联用技术支持：提供与X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）的数据对接方案，实现“热行为—微观结构—性能表征”全链条分析；

Ø 人才联合培养：共建“新能源材料热分析实验室”，开展技术培训与学术交流，提升研发团队在热分析数据解析与应用方面的能力。

从锂离子电池正极材料到氢能电解槽电极，热分析技术是新能源材料研发的“质量守门人”。HQT-4 PLUS型全自动同步热分析仪的投用，将为紫金长沙新能源在储能、氢能及稀有金属新材料领域的技术突破提供精准数据支撑，助力其实现“五年300项专利、3-5个国家级实验室”的发展目标。未来，我们期待与更多新能源企业携手，以专业仪器服务产业创新，共同推动绿色低碳技术革命。