Povpraševanje po litij-ionskih baterijah za ponovno polnjenje hitro narašča, zato morajo proizvajalci izpolnjevati zahtevne zahteve glede kakovosti proizvodnje in nadaljnjega razvoja baterij.
Široka ponudba analitičnih karakterističnih rešitev METTLER TOLEDO za laboratorij in avtomatiziranih preciznih tehtnic za proizvodnjo podpira postopke zagotavljanja kakovosti (QA) razvoja in nadzora kakovosti (QC) proizvodnje litij-ionskih baterij.
Naše inovativne laboratorijske in industrijske rešitve podpirajo različne korake v vrednostni verigi litij-ionskih baterij - od testiranja surovin in komponent baterij do proizvodnje in končnega nadzora kakovosti.
Nenehno rastoči trg prenosnih elektronskih naprav in vse hitrejša revolucija električnih vozil sta povzročila enako veliko povpraševanje po akumulatorskih baterijah. Litij-ionske baterije (LIB) so najsodobnejše v tej tehnologiji. Ta vrsta baterij ima visoko gostoto energije, saj so lahke, a zmogljive, dobro vzdržljivost v ciklih, saj jih je mogoče polniti in ponovno polniti, ne da bi v vsakem ciklu izgubile veliko energije, in nizko stopnjo samopraznjenja.
Shema litij-ionske baterije prikazuje načelo delovanja litij-ionske baterije. LIB shranjujejo energijo, ki se sprošča z elektrokemično reakcijo med anodo in katodnim materialom. Tako katoda kot anoda vsebujeta pozitivno nabite litijeve ione.
Med praznjenjem se pri oksidacijski reakciji na anodi sprostijo elektroni in litijevi kationi. Elektroni tečejo po zunanji žici do katode. Za sklenitev električnega tokokroga se litijevi kationi pretakajo skozi tekoči elektrolit in separator do katode, kjer se rekombinirajo v redukcijski reakciji.
Med polnjenjem se reakcije na elektrodah obrnejo in litijevi ioni tečejo v nasprotni smeri. Litijevi ioni ne sodelujejo v celotni elektrokemijski reakciji in ostanejo v svojem oksidacijskem stanju.
Elektrolitske raztopine, ki se običajno uporabljajo v komercialnih litij-ionskih baterijah, so sestavljene iz organskih topil (večinoma cikličnih in linearnih karbonatov), litijevih soli in različnih dodatkov. Elektroliti in drugi materiali za litij-ionske baterije ne smejo vsebovati vode, saj že njene sledove reagirajo z elektrolitom in proizvajajo agresivne stranske proizvode, vključno s fluorovodikovo kislino, ki ogrožajo delovanje in varnost baterije. Ker ima voda tako slab vpliv, je treba vsebnost vode v elektrolitu rutinsko preverjati.
Kulometrična titracija Karl Fischer je metoda izbire za natančno in natančno določanje vsebnosti vode v elektrolitu. V elektrolitu lahko določimo ne le vodo, temveč tudi sam škodljivi produkt razgradnje, fluorovodikovo kislino (HF). Kislinsko-bazična titracija se je izkazala za natančno in zanesljivo metodo za testiranje vsebnosti HF v elektrolitu baterije.
Gostota tekočine je odvisna od njene molekularne sestave. Hitro preverjanje gostote s titracijo METTLER TOLEDO Meter gostote lahko pomaga razkriti onesnaženje elektrolita z vodo ali drugimi nečistočami.
Diferencialna skenirna kalorimetrija (DSC) se uporablja pri kontroli kakovosti za preučevanje sestave in vsebnosti karbonatov v elektrolitskih raztopinah, ki pomembno vplivajo na stabilnost cikla, gostoto energije in varnost litij ionskih baterij. DSC zagotavlja tudi informacije o taljenju in kristalizaciji elektrolita za določanje najnižjih temperatur za procese polnjenja/razreševanja.
Sorodni dokumenti
Bele bele knjige:
Priročniki:
Na delovanje in varnost elektrod v veliki meri vplivata staranje in degradacija katodnega aktivnega materiala, ki ju povzroča polnjenje/razreza.
Tehnike termične analize, ki zagotavljajo natančne meritve toplotne kapacitete, temperature razgradnje in določanje entalpije, so temeljni pripomočki pri študijah toplotne stabilnosti za karakterizacijo litij-ionskih baterij. Za pridobitev več informacij o komponentah razgradnje iz enega samega poskusa lahko s programom METTLER TOLEDO TGA ali TGA/DSC se lahko poveže z ustreznim sistemom za analizo plinov, da se izvede na primer infrardeča spektroskopija s Fourierovo transformacijo, masna spektroskopija, plinska kromatografija-masna spektroskopija ali mikrokromatografija-masna spektroskopija.
Podobno kot pri elektrolitu, testiranje katode in anode vključuje analizo vsebnosti vode pred uporabo komponent v bateriji. METTLER TOLEDO InMotion KF Oven Autosampler segreje trdno snov na povišano temperaturo, izloči njeno vodo in jo vodi do Coulometric Karl Fischer Ttitrator, kjer jo zazna.
Poleg tega lahko titracijo uporabimo za določanje vsebnosti kovin (npr. kobalta, managena, železa, niklja) v katodnem materialu ter za testiranje materiala na nečistoče, kot so kloridi, hidroksidi in karbonati.
Sorodni dokumenti
Bele bele knjige:
Priročniki:
Napotki za uporabo:
Separatorji za litij-ionske baterije odločilno vplivajo na zmogljivost, življenjsko dobo, zanesljivost in varnost baterije. Degradacija separatorskega materiala je na primer pogosto glavni vzrok notranjega kratkega stika, ki povzroči okvaro celice. Zato so zanesljive metode za testiranje in analizo separatorjev zelo pomembne.
Termična analiza se uporablja za opredelitev toplotnih lastnosti separatorjev, ki so običajno izdelani iz poliolefinov, kot sta PP ali PE. Tehnološke omejitve takšnih membran vključujejo odpornost na prodiranje, krčenje in taljenje. Te lastnosti je mogoče raziskati s pomočjo Termogravimetrija (TGA), Diferencialna skenirna kalorimetrija (DSC) in Termomehanska analiza (TMA).
Sorodni dokumenti
Litij-ionska baterija mora od izhodiščnih materialov do visokokakovostnega izdelka opraviti do 25 proizvodnih korakov, ki so osnova za zahtevano kakovost in zmogljivost. Tehtanje, vključno z določanjem vsebnosti vlage, je ključno za zagotavljanje doslednosti in sledljivosti vzdolž celotne proizvodne verige.
Drage surovine predstavljajo do 60 % vseh stroškov proizvodnje celic. Tehtanje je najnatančnejša metoda za doseganje visokih procesnih toleranc za doslednost pri formulacija in izogibanje dragim odpadkom.
Ko so elektrode zložene, je tehtanje rešitev za polnjenje elektrolita. Tudi če je mogoče nadzorovati pretok elektrolita, lahko natančnost naprav za tehtanje visoke natančnosti zagotovi 100-odstotni nadzor kakovosti.
Manjkajoči ali skriti deli, ki lahko po nesreči padejo v modul, lahko povzročijo požar in ga uničijo. To je mogoče preprečiti z uporabo tehtnica visoke ločljivosti za preverjanje popolnosti, ki celo odpravlja težave z zaznavanjem, povezane s sijočimi površinami.
Ker vsebnost trdne snovi v elektrodnih suspenzijah vpliva na kakovost premaza in s tem na zmogljivost elektrod, je strog nadzor vsebnosti trdne snovi oziroma vlage med proizvodnjo elektrod ključnega pomena. To je mogoče hitro in enostavno opraviti s pomočjo halogenski analizator vlage.
Sorodni dokumenti
Napotki za uporabo:
Merjenje vlage v litij-ionskih baterijah
Določanje vode v NMP po gostoti
Laboratorijske aplikacije za tehtanje v industriji litij-ionskih baterij
Studije primerov:
Zmogljivost baterije je v veliki meri odvisna od čistosti katodnega aktivnega materiala (CAM) in velikosti delcev predhodnega materiala, PCAM.
Med obarjanjem/kristalizacijo je zelo pomemben stalen nadzor pH procesa, ki vpliva na morfologijo in porazdelitev delcev PCAM. Spremenljivost procesa lahko močno spremeni morfološki profil in je zato nezaželena. Natančno sprotno merjenje pH je predpogoj za ohranjanje doslednosti procesa.
Oborine PCAM (kovinski hidroksidi) se lahko nalagajo na procesne senzorje in povzročajo odstopanje meritev.
METTLER TOLEDO-jev InPro 4260i inteligentni procesni senzor pH je prilagojen za proizvodne procese PCAM z visoko koncentracijo suspendiranih trdnih snovi. V kombinaciji s EasyClean 200 avtomatskim čistilnim sistemom METTLER TOLEDO ponuja vrhunsko merilno rešitev za zanesljiv nadzor pH procesa PCAM.
Reaktor potrebuje nizko raven kisika, da se prepreči oksidacija PCAM. InPro 6850i je METTLER TOLEDO-ov senzor kisika in-situ z majhnim odtisom, ki natančno meri raven kisika v prostoru nad reaktorjem in omogoča hiter nadzor inertnega plina.
Sorodni dokumenti
Vodnik: Življenjski cikel litij-ionske baterije
Zagotovite učinkovitost delovanja in varnost vzdolž vrednostne verige baterije: optimizirajte postopke in izkoristite visoko natančnost, da zagotovite učinkovitost delovanja in varnost baterije.
Instrumenti
POGOSTA VPRAŠANJA
Ko je testiranje litij-ionskih baterij in kako deluje?
Izberite vprašanje, ki vas zanima:
- Katera je prednost litij-ionskih baterij?
- Kakšna je življenjska doba litij-ionske baterije?
- Katera je varna delovna temperatura za litij-ionsko baterijo?
- Kateri je vpliv vode v litij-ionski bateriji?
- Katere sestavne dele baterije je treba testirati na prisotnost vode?
- Ima elektrolit pred polnjenjem v baterijo preizkušeno vodo in fluorovodikovo kislino?
- Katera je izbrana metoda za testiranje elektrolita na vodo?
- Katera metoda je priporočljiva za testiranje trdne katode, anode in separatorja na vodo?
- Ima se preveriti gostota elektrolita?
- Kako lahko termična analiza prispeva k preiskavi varnosti litij-ionskih baterij?
- Kako lahko s simultano termično analizo raziščemo sintezo anodnega materiala grafena?
- Kaj je izklop separatorja pomemben in kako ga je mogoče raziskati?
- Mogoče agresivni material škoduje merilni napravi, ki se uporablja za oblikovanje serije suspenzije?
- Kako umeriti industrijsko tehtnico v strojnem in proizvodnem sistemu?
- Katera je prednost polnjenja elektrolita na podlagi teže?
- Kako natančno lahko izmerite postopek polnjenja elektrolita?
- Mogoče z industrijsko tehtnico odkriti skrite dele v baterijskih modulih?
- Kaj je pri proizvodnji PCAM pomemben natančen nadzor pH procesa?
- Kako se lahko izognem razgradnji PCAM v kristalizatorjih?
- Kako sem lahko med kalcinacijo PCAM prepričan, da je koncentracija kisika na zahtevani ravni?
1. Kakšna je prednost litij-ionskih baterij?
Litijeve ionske baterije lahko napolnimo stokrat in so bolj stabilne. Po navadi imajo večjo energijsko gostoto, napetostno zmogljivost in nižjo stopnjo samopraznjenja kot druge baterije za ponovno polnjenje.
2. Kakšna je življenjska doba litij-ionske baterije?
Običajna življenjska doba litij-ionske baterije je približno dve do tri leta ali 300 do 500 ciklov polnjenja, kar nastopi prej.
3. Kakšna je varna delovna temperatura za litij-ionsko baterijo?
Litijevo-ionske baterije delujejo optimalno, če se polnijo med 0 °C in 45 °C. Optimalna temperatura praznjenja je med -20 °C in 60 °C.
4. Kakšen je vpliv vode v litij-ionski bateriji?
Voda v litij-ionski bateriji reagira z elektrolitom in povzroča škodljive produkte, kot je fluorovodikova kislina (HF). Te kemikalije vodijo do degradacije elektrod, motijo splošno delovanje in na koncu zmanjšajo zmogljivost. Poleg tega lahko voda povzroči toplotni pobeg, kar vodi v eksplozijo baterije.
5. Katere dele baterije je treba testirati na vodo?
Vse sestavne dele baterije je treba testirati na vodo, preden so vgrajeni v baterijo. Vse komponente, ki so v medsebojnem stiku prek tekočega elektrolita.
6. Ali je treba elektrolit pred polnjenjem v baterijo testirati na vodo in fluorovodikovo kislino?
Vodikofluorova kislina (HF) je znana po tem, da slabo vpliva na delovanje baterije. Nastane pri reakciji elektrolita z vodo. Do te reakcije lahko pride v bateriji, pa tudi med proizvodnjo elektrolita. Zato je pomembno, da elektrolit pred polnjenjem v ohišje baterije ne testiramo le na prisotnost vode, temveč tudi na prisotnost HF.
7. Katera je izbrana metoda za testiranje elektrolita na vodo?
Kulometrična titracija po Karlu Fischerju (KF) je izbrana metoda za določanje nizke vsebnosti vode v vzorcih, kot so elektroliti. Analiza je hitra, zanesljiva in priprava vzorca sploh ni potrebna. Vzorec elektrolita vbrizgamo v titracijsko posodo in rezultat dobimo po -2 minutah.
8. Katera metoda je priporočljiva za testiranje trdne katode, anode in separatorja za vodo?
Trdnih vzorcev ni mogoče neposredno vbrizgati v Karl Fischerjevo titracijsko posodo. Zato je potrebna peč za ekstrakcijo v plinski fazi, da se voda najprej izloči. Peč InMotion KF samodejno segreje trdni vzorec na povišano temperaturo, tok suhega dušika pa izparelo vodo prenese v celico za coulometrično titracijo, kjer se zazna. Analiza je popolnoma avtomatizirana. Elektroda se napolni v viale, metoda pa se zažene z orodjem OneClick™.
9. Ali je treba preveriti gostoto elektrolita?
Gostota tekočine je odvisna od njene sestave. Voda in druge nečistoče spreminjajo gostoto elektrolita. Hitro preverjanje gostote elektrolita lahko razkrije nečistoče in slabo kakovost.
10. Kako lahko toplotna analiza prispeva k testiranju varnosti litij-ionskih baterij?
Termogravimetrična analiza (TGA) in diferenčna skenirna kalorimetrija (DSC) sta dragoceni orodji za določanje toplotne stabilnosti in profila razgradnje različnih sestavin baterije. Prav tako je mogoče raziskati toplotno propadanje baterije v običajnih in ekstremnih razmerah.
11. Kako lahko sintezo materiala grafenove anode raziskujemo s simultano termično analizo?
Jedinstvena in poceni pot za pridobivanje grafena je redukcija grafenovega oksida, ki ga zlahka pridobimo iz grafita. Postopno redukcijo grafenovega oksida lahko enostavno spremljamo s TGA/DSC.
12. Zakaj je izklop separatorja pomemben in kako ga je mogoče raziskati?
Z vidika varnosti je pomembno, da se separator izklopi (tj. zapiranje por) pred začetkom taljenja. To lahko potrdimo s termomehansko analizo (TMA), ki opisuje krčenje in taljenje membrane separatorja.
13. Ali lahko agresivni material poškoduje merilno napravo, ki se uporablja za oblikovanje serije suspenzije?
Važni moduli in merilne celice so običajno nameščeni na zunanji strani rezervoarja ali mešalnika, tako da merilna naprava nima neposrednega stika z vročimi, hladnimi, agresivnimi ali eksplozivnimi materiali. Poleg tega so ti senzorji natančni ne glede na obliko, površino, dielektričnost, Reynoldsovo število, viskoznost ali katere koli druge značilnosti materiala.
14. Kako umerim industrijsko tehtnico v svojih strojih in proizvodnem sistemu?
Tovorne celice in tehtalni moduli, ki so vgrajeni v stroje in proizvodne sisteme, so ključne komponente, ki morajo delovati varno in natančno. METTLER TOLEDO ponuja prilagojene storitve kalibracije za vsako zmogljivost, ki pomagajo zagotoviti dosledne rezultate in zanesljivo delovanje. Te storitve vključujejo kalibracijo preskusne uteži, kalibracijo preskusne uteži in zamenjave materiala, hidravlično kalibracijo RapidCal™ in kalibracijo brez uteži CalFreePlus s POWERCELL®..
15. Kakšna je prednost polnjenja elektrolita na osnovi teže?
Polnjenje elektrolita neposredno na vrhu naprave za tehtanje omogoča zaprto zanko med senzorjem in napravo za polnjenje. To pomeni, da lahko med celotno proizvodnjo stalno prilagajate polnilno napravo, s čimer odpravite dejavnike negotovosti in zagotovite stalno kakovost baterijskih celic.
16. Kako natančno lahko izmeriš postopek polnjenja elektrolita?
Ko gre za izbiro tehnologije tehtanja za polnjenje elektrolita, morajo biti pomembni parametri, kot so odčitljivost, ponovljivost in občutljivost, vaši najpomembnejši vidiki. Predvsem se izogibajte uporabi ločljivosti kot edinega merila za izbiro, saj le ta ne zagotavlja stabilnih rezultatov ali visoke kakovosti.
17. Ali lahko z industrijskim merilnikom odkrijem skrite dele v baterijskih modulih?
Na koncu sestavljanja baterijskega modula je mogoče izvesti tako imenovano preverjanje tare in navzkrižne teže. S tem postopkom lahko preverite, ali so vsi izdelki na krovu in ali med sestavljanjem ni nič padlo v modul. Poleg tega na tehtanje ne vplivajo svetleče aluminijaste površine.
18. Zakaj je pri proizvodnji PCAM pomemben natančen nadzor pH procesa?
Procesni pH neposredno vpliva na velikost in morfologijo delcev in je kot tak odgovoren za delovanje baterije; polnjenje/praznjenje.
19. Kako se lahko izognem razgradnji PCAM v kristalizatorjih?
Prisotnost kisika v reaktorjih med sintezo PCAM lahko zlahka privede do nastanka neželenih oksidov NCM, zato je pomembno ohraniti inertno atmosfero v prostoru reaktorja. Neprekinjeno merjenje kisika na kraju samem zagotavlja takojšnje obveščanje o vdoru zraka ali nezadostnem odejanju dušika.
20. Kako sem lahko med kalcinacijo PCAM prepričan, da je koncentracija kisika na zahtevani ravni?
Merjenje O2 v odzračevalni liniji kalcinerja PCAM je zapleteno zaradi visokih temperatur, vlage in prahu. GPro 500 in situ (ali v ekstraktivni konfiguraciji) analizator kisika prenaša takšne pogoje in zagotavlja natančne meritve za omogočanje hitrega nadzora procesa.