Chemické analýzy vo výrobe lítium-iónových batérií

Nahradenie tradičných vozidiel poháňaných palivom alternatívami napájanými z batérie je nevyhnutné na zníženie emisií oxidu uhličitého (CO₂). Tento skleníkový plyn je výsledkom spaľovania fosílnych palív – obmedzenie jeho vstupu do atmosféry ovplyvní aj jeho účinky na globálne otepľovanie. Výroba elektrických vozidiel poháňaných batériami (EV) naďalej rastie, keďže viac vlád plánuje v budúcnosti zakázať používanie spaľovacích motorov a výrobcovia automobilov sa zaväzujú k postupnému vyraďovaniu spaľovacích motorov. Medzinárodná energetická agentúra predpovedá, že do roku 2030 budú 60 % všetkých predajov nových áut tvoriť elektrické vozidlá. Obnoviteľné zdroje energie ako veterná a solárna energia zároveň vyžadujú skladovacie kapacity pre elektrickú energiu. Batérie sú v súčasnosti najškálovateľnejšími materiálmi na ukladanie prebytočnej elektriny a tento trh neustále rastie, keďže krajiny začínajú investovať do riešení na ukladanie energie.

Lítium-iónové batérie (Li-ion batérie) sú dnes najbežnejšie dostupné možnosti na ukladanie energie. Výroba lítium-iónových batérií musí spĺňať prísne normy kvality. Obsah vody, obsah zvyškových alkálií alebo iónové nečistoty môžu mať negatívny vplyv na bezpečnosť a skladovaciu kapacitu konečnej batérie. Medzitým zloženie katódových materiálov alebo elektrolytu môže ovplyvniť výrobné náklady a výkonové vlastnosti lítium-iónových batérií. Táto biela kniha vysvetľuje, ako možno použiť titráciu a iónovú chromatografiu na monitorovanie rôznych parametrov kvality počas výroby lítium-iónových batérií.

• Stopy vody môžu negatívne ovplyvniť elektrochemický výkon lítium-iónových batérií, viesť k tvorbe toxického HF a zmeniť zvyškový obsah alkálií. Coulometrická Karl Fischer titrácia je ideálna na stanovenie obsahu vody v stopových hladinách v rôznych materiáloch a komponentoch Li-ion batérií.
• Keď sú katódové materiály vystavené okolitému vzduchu, môžu sa vytvárať zvyškové alkálie (povrchové zásady). Vysoký obsah zvyškových alkálií môže negatívne ovplyvniť prípravu suspenzie katódy. Môže sa vyskytnúť gélovatenie, ktoré spôsobuje problémy so spracovaním počas procesu výroby batérie. Acidobázickú titráciu možno použiť na stanovenie nielen zvyškového obsahu alkálií, ale aj čistoty lítiových surovín.
• Katódy lítium-iónových batérií sú zvyčajne oxidy kovov a lítna. Najbežnejšie kovy sú kobalt, nikel, mangán alebo železo. Znalosť presného zloženia kovov východiskových roztokov a konečnej katódy je nevyhnutná pre optimalizáciu výrobných nákladov. Potenciometrická titrácia je osvedčená a nákladovo efektívna analytická technológia používaná na určenie zloženia kovov katódových materiálov.
• Hexafluorofosfát lítny (LiPF₆) je hlavným zdrojom lítiových iónov používaných v elektrolyte. LiPF₆ však nie je stabilná soľ, a preto sa ako prísady často používajú lítiumboritanové soli alebo lítne soli na báze imidov. Iónová chromatografia je vhodnou analytickou technológiou na určenie zloženia rôznych lítiových solí v elektrolyte.
• Iónové nečistoty v lítium-iónových batériách majú škodlivý vplyv na výkon batérie. Napríklad môžu negatívne ovplyvniť medzifázu tuhého elektrolytu (SEI). Iónová chromatografia je ideálna na detekciu iónových nečistôt v stopových hladinách v surovinách používaných na výrobu materiálov elektrolytov, katód alebo anód.

Stiahnite si bezplatnú bielu knihu, kde sa dozviete viac o chemickej analýze týchto parametrov kvality pri výrobe lítium-iónových batérií.

Pre prehľad analytických a elektrochemických analýz pre batériový priemysel, ktoré ponúka Metrohm, si stiahnite náš bezplatný leták:

Battery research and production (8.000.5429, PDF, 248 KB)