Anodenmaterialien sind wesentliche Komponenten von Lithium-Ionen-Batterien und spielen eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung von Energiedichte, Lebensdauer und Sicherheit. Um eine gute Leistung bei Lithium-Ionen-Batterien zu erzielen, müssen die Anodenmaterialien mehrere wichtige Anforderungen erfüllen:
- Hohe spezifische Kapazität: Das Material muss eine hohe spezifische Kapazität (gemessen in mAh/g) aufweisen, um mehr Energie effektiv zu speichern.
- Gute Elektronenleitfähigkeit: Eine hohe Leitfähigkeit ist erforderlich, um Energieverluste während des Gebrauchs zu reduzieren.
- Gute Ionenleitfähigkeit: Das Material muss eine einfache Bewegung der Lithium-Ionen in die und aus der Anode ermöglichen.
- Strukturelle Stabilität: Ein effizientes Anodenmaterial muss seine Struktur während der Lade-/Entladezyklen beibehalten, um die Zuverlässigkeit über einen längeren Zeitraum sicherzustellen
Kristallqualität, Partikelgröße und Partikelform sind die wichtigsten Parameter für die Qualität von Anodenmaterialien für Batterien.
Unsere Lösungen
Arten von Anodenmaterialien
Lithium-Ionen-Batterien verwenden verschiedene Anodenmaterialien mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, die sich auf Leistung, Kapazität und Lebensdauer auswirken. Im Folgenden sind die wichtigsten Anodenmaterialien aufgeführt, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden:
- Anoden auf Interkalierungsbasis
Anoden auf Interkalierungsbasis sind Schichtmaterialien und können Lithium-Ionen zwischen den Schichten speichern.
- Graphit und Kohlenstoff sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, ihrer niedrigen Kosten und ihrer stabilen Struktur mit reversibler Interkalierung von Lithium-Ionen die am häufigsten verwendeten Anodenmaterialien. Im Vergleich zu einigen neueren Materialien haben sie jedoch eine relativ geringere Kapazität. Harte Kohlenstoffe werden als Anoden in Natrium-Ionen-Akkus verwendet.
- Lithium-Titanoxid (LTO) ist für ausgezeichnete Zyklusstabilität und Sicherheit bekannt. Das Volumen von LTO ändert sich während des Einsetzens und der Extraktion von Lithium nicht signifikant. Es weist jedoch eine geringere Leitfähigkeit auf und erfordert eine höhere Spannung als andere Anodenmaterialien, was seine Kapazität begrenzt.
- Anoden auf Legierungsbasis
Anoden auf Legierungsbasis sind Metalle oder ihre Oxide (Si, Ge, Sn, SB und Si-/Sn-Oxide), die eine Legierung mit Lithium bilden können.
Silizium bietet eine deutlich höhere theoretische Kapazität als Graphit, potenziell bis zu zehn Mal mehr. Silizium nimmt im Verlauf der Ladezyklen jedoch erheblich an Volumen zu, was zu mechanischen Ausfällen und einer verkürzten Lebensdauer führen kann. Derzeit wird an der Entwicklung von Siliziumverbundwerkstoffen geforscht, die diese Probleme mindern. Einige dieser Werkstoffe sind bereits auf dem Markt.
- Konversionsanoden
Konversionsanoden bestehen aus MX (M = Fe, CO, Mn, Ni, Cu, CR, Mo und X = O, P, S, N). Diese Materialien werden beim Laden in (LiyX + M) umgewandelt. Diese Materialien werden auf ihre einzigartigen elektrochemischen Eigenschaften und potenziellen Vorteilen, wie z. B. die verbesserte Ratenkapazität, untersucht. Ihre Nachteile sind die Spannungshysterese und die große Volumenausdehnung.
- Nanostrukturierte Anoden
Die jüngsten Fortschritte konzentrieren sich auf nanostrukturierte Anodenmaterialien, die die Oberfläche verbessern und die Diffusionswege von Lithium-Ionen reduzieren. Dazu gehören verschiedene Kombinationen aus kohlenstoffbasierten Materialien, Silizium und Übergangsmetallen, die als Kern-Schale-Partikel oder Verbundwerkstoffe entwickelt wurden, um Leistungsmetriken wie Kapazität und Zyklusstabilität zu verbessern.
Wie kann ich die Anodenmaterialien meiner Batterien charakterisieren?
Die Qualität der Anodenmaterialien kann durch Messung und Prüfung der folgenden Parameter optimiert werden:
- Größe und Form von Partikeln
- Kristallstruktur und Defekte
- Verunreinigungen
Im Folgenden erfahren Sie mehr darüber, wie Sie diese kontrollieren können.
Größe und Form von Partikeln
Ob Sie Ihre eigenen aktiven Materialien herstellen oder sie von Lieferanten kaufen – Partikelgröße und Partikelform sind die bestimmenden Parameter, und das nicht nur für die Batterieleistung, sondern auch für den unterbrechungsfreien Produktionsprozess mit hoher Kapazität.
Die Partikelgröße und -form bestimmen die Rheologie der Elektrodenpaste, die Packungsdichte/Porosität der Elektrodenbeschichtung und letztendlich die Leistung der Batterie. Die beste Möglichkeit, diese zu messen, ist eine Kombination aus Laserbeugung und automatisierter optischer Bildgebung.
Mastersizer Serie
Die cleverste Methode zur Messung der Partikelgröße
Mastersizer 3000+
Daten für Ergebnisse, denen Sie vertrauen können.
Die Mastersizer Serie von Partikelgrößenanalysatoren mit Laserbeugung setzt den Standard für schnelle und genaue Partikelgrößenverteilungen. Dank seines weiten Größenbereichs und der erstklassigen Genauigkeit ist der Mastersizer 3000+ genau das Gerät, das Sie für die Anodenpartikelgrößenmessung im Bereich 0,01 bis 3500 Mikrometer benötigen. Und sollten Sie unerwartete Ergebnisse bei Ihrer Probe erhalten, stehen Ihnen die Size Sure- und Data Guidance-Tools für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Dank der Flexibilität, Benutzerfreundlichkeit und des Hydro Insight-Zubehörs für die dynamische Bildgebung ist der Mastersizer die erste Wahl für die Partikelgrößenbestimmung.
Weitere Lösungen für Partikelgröße und -form
Morphologi 4-ID
Ressourcen für die Messung der Partikelgröße und -form
Battery manufacturing: Reliable, adaptable particle sizing using the Mastersizer 3000+
The impact of electrode particle size and shape on battery slurry viscosity
Kristallphase
Die Qualität der Kristallphase ist ein weiterer kritischer Parameter, der die Leistung von Batteriematerialien wie spezifische Energie und Entladerate oder Kapazität bestimmt. Für Anodenmaterialien von Batterien sind die entscheidenden Parameter der Grad der Graphitisierung, der Orientierungsindex und die Kristallitgröße für Graphitmaterialien. Die Kristallitgröße kann auch eine Vorstellung über die Partikelgröße nano-kristalliner aktiver Materialien wie der silikonbasierten Anode geben.
Aeris
Die Zukunft ist kompakt
Aeris XRD
Die Zukunft ist kompakt.
Aeris XRD kann Anoden- und Kathodenmaterialien in nur wenigen Minuten analysieren, um Qualitätsparameter wie die Kristallitgröße, den Grad der Graphitisierung und den Orientierungsindex auszugeben. Ein kompaktes Plug-and-Play-RFA-System mit industrieller Robustheit und Sicherheit. Es kann außerdem einfach über eine Band- oder Roboterautomatisierung in den Prozess integriert werden.
Ressourcen für Kristallphasen
Graphitization degree and orientation index in graphite anode materials
Elementzusammensetzung
Bei Anodenmaterialien ist die Messung der Dotierungs- und Verunreinigungskonzentrationen von entscheidender Bedeutung, um deren Leistung zu bewerten. Wenn es sich um eine C-Si-Anode handelt, bestimmt die relative Si-Konzentration die Kapazität und Stabilität.
ICP ist eine gängige Methode zur Messung der Elementzusammensetzung, jedoch auch teuer und zeitaufwändig und beinhaltet gefährliche Chemikalien. Mit RFA können die meisten dieser Materialien relativ einfach analysiert werden.
Revontium
Kompakte Brillanz, leistungsstarke Analyse, unendliche Möglichkeiten
Revontium
Kompakte Brillanz, leistungsstarke Analyse, unendliche Möglichkeiten.
Revontium™ ist ein kompakter Röntgenfluoreszenz-Analysator (RFA), der hochwertige Elementaranalysen in einem kompakten Tischformat liefert. Er verbindet die Leistung eines RFA-Standgeräts und die Vielseitigkeit von Tischgeräten.
Ein kompakter Röntgenfluoreszenz-Analysator bietet einen geringeren physischen und ökologischen Fußabdruck. Die Betriebskosten können aufgrund des geringeren Bedarfs an Verbrauchsmaterialien, der umfangreichen Probenvorbereitung und der Wartung um mehr als 25 % gesenkt werden.
Weitere Lösungen für Elementarzusammensetzungen
Ressourcen für Elementarzusammensetzungen