Chemische Analytik für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien

Kostenfreies White Paper stellt Analysen zur Qualitätskontrolle kritischer Parameter bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien vor

Der Ersatz herkömmlicher kraftstoffbetriebener Fahrzeuge durch batteriebetriebene Alternativen ist unerlässlich, um die Kohlendioxidemissionen (CO2) zu reduzieren. Dieses Treibhausgas entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe – die Begrenzung des CO2-Eintrags in die Atmosphäre wird auch seine Auswirkungen auf die globale Erwärmung beeinflussen. Die Produktion von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (EVs) steigt weiter an, da immer mehr Regierungen planen, den Einsatz von Verbrennungsmotoren in Zukunft zu verbieten, und Automobilhersteller sich zum Produktionsausstieg aus Verbrennungsmotoren verpflichten. Die Internationale Energieagentur prognostiziert, dass bis 2030 60% aller Neuwagenverkäufe Elektrofahrzeuge sein werden. Zusätzlich werden für erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne Speicherkapazitäten benötigt. Batterien bieten derzeit die skalierbarsten Möglichkeiten, um überschüssigen Strom zu speichern, und dieser Markt ist stetig gewachsen, da die Länder beginnen, in Energiespeicherlösungen zu investieren.

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) sind die gängigsten wiederaufladbaren Energiespeicheroptionen, die heute verfügbar sind. Die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien muss strengen Qualitätsstandards folgen. Der Wassergehalt, der Restalkaligehalt oder ionische Verunreinigungen können sich negativ auf die Sicherheit und Speicherkapazität der Endbatterie auswirken. Außerdem kann die Zusammensetzung von Kathodenmaterialien oder Elektrolyten die Herstellungskosten und Leistungsqualitäten von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen. In diesem White Paper wird erläutert, wie Titration und Ionenchromatographie zur Überwachung verschiedener Qualitätsparameter während der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können.

Spuren von Wasser können die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien negativ beeinflussen, zur Bildung von toxischem HF führen und den Restalkaligehalt verändern. Die coulometrische Karl-Fischer-Titration ist ideal zur Bestimmung des Wassergehalts in Spuren in verschiedenen Materialien und Komponenten von Lithium-Ionen-Batterien.

Restalkali kann sich bilden, wenn Kathodenmaterialien der Umgebungsluft ausgesetzt werden. Ein hoher Restalkaligehalt kann sich negativ auf die Slurry-Herstellung für die Kathode auswirken. Gelbildung kann auftreten, was zu Verarbeitungsproblemen während des Batterieherstellungsprozesses führt. Mit Hilfe der Säure-Base-Titration kann nicht nur der Restalkaligehalt, sondern auch die Reinheit von Lithiumrohstoffen bestimmt werden.

Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien sind in der Regel Lithium-Metalloxide. Die häufigsten eingesetzten Metalle sind Kobalt, Nickel, Mangan oder Eisen. Die Kenntnis der genauen Metallzusammensetzung der Ausgangslösungen und der fertigen Kathode ist essentiell für die Optimierung der Herstellungskosten. Die potentiometrische Titration ist eine bewährte und kostengünstige Analysenmethode zur Bestimmung der Metallzusammensetzung von Kathodenmaterialien.

Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) ist der Hauptlieferant für Lithiumionen, die im Elektrolyten eingesetzt werden. LiPF6 ist jedoch kein stabiles Salz, daher werden häufig Lithiumboratsalze oder imidbasierte Lithiumsalze als Additive verwendet. Die Ionenchromatographie ist eine geeignete Analysenmethode, um die Zusammensetzung der verschiedenen Lithiumsalze im Elektrolyten zu untersuchen.

Ionische Verunreinigungen in Lithium-Ionen-Batterien wirken sich nachteilig auf die Batterieleistung aus. Sie können beispielsweise das Solid Electrolyte Interphase (SEI) negativ beeinflussen. Die Ionenchromatographie ist ideal für den Nachweis ionischer Verunreinigungen in Spuren in den Rohstoffen, die zur Herstellung von Elektrolyt-, Kathoden- oder Anodenmaterialien verwendet werden.

Laden Sie das kostenfreie White Paper herunter, um mehr über die chemische Analyse dieser Qualitätsparameter für die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zu erfahren.