• Produktion von Lithium-Ionen-Batterien

    Wie Sie in der Forschung und Produktionsüberwachung die Qualität Ihrer Elektroden, Elektrolyte und Lithium-Ionen-Zellen sicherstellen

  • Um Lithium-Ionen-Batterien höchster Qualität herzustellen, bietet Anton Paar unter anderem Lösungen für die Charakterisierung von Aktivmaterialien im Zuge der Materialforschung, für die Qualitätskontrolle von Rohstoffen sowie für die Qualitätsprüfung von Elektrolyten und Lösungsmitteln.

    Unsere Messgeräte zeigen Ihnen, welche Auswirkungen Partikelgröße, Porosität, Dichte, Viskosität, Viskoelastizität und Adhäsion der Materialien auf das Verhalten und die Leistungsfähigkeit Ihrer Batteriezellen haben. Mit diesem Wissen können Sie die Parameter optimieren und leistungsfähige Endprodukte herstellen.

    Von der Forschung bis zur Produktion

    Forschung an Batteriematerialien

    Anton Paar ist Ihr starker Partner in der Materialforschung. Mit unseren Geräten können Sie die Flüssigkeitsdichte und Stampfdichte, die Oberfläche, die Partikelgröße, die lokale elektrische Leitfähigkeit, die Topographie sowie die Oberflächenrauheit bestimmen, um Leistungsparameter zu optimieren. Zudem können Sie mit unseren Instrumenten elektrochemische Prozesse vor Ort verfolgen, um Kapazität und Leistung zu maximieren.

    Die Messung der Porengröße und der Partikelgrößenverteilung ermöglicht es Ihnen, die Eigenschaften der Arbeitselektrode zu optimieren. Messen Sie mit Geräten von Anton Paar die wahre Dichte und Sie wissen, ob Masse/Volumendichte in Ihrem Batteriepack stimmen, sodass Sie die Zelle für Anwendungen optimieren können, bei denen entweder Masse oder Volumen kritisch sind. Wenn Sie an Separatorenausfällen forschen ist es wichtig, die Größe der Durchgangsporen zu kennen, sodass Sie ungeeignete Materialien von Anfang an identifizieren und ausschließen können. Wenn Sie wissen, wie Ihre Elektroden im Nanometerbereich funktionieren, können Sie die Elektrodenmaterialien und das Elektrodendesign optimieren, um sowohl die Lebensdauer als auch die Kapazität Ihrer Batterien zu verlängern.

    Wenn das thermische Sicherheitsverhalten Ihres Produkts ein wichtiger Bestandteil Ihrer Forschung ist, messen Sie den Flammpunkt, um wertvolle Informationen zu erhalten. Bei Hochleistungselektrolyten kann das Wissen über die Viskosität die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten verbessern. Auf der Suche nach neuartigen Materialien für Anoden, Kathoden und Separatoren eröffnet die Mikrowellensynthese beispiellose Reaktionsbedingungen, die zu neuen Strukturen führen.

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    Qualitätskontrolle eingehender Materialien

    In der Eingangsqualitätskontrolle stellen Sie sicher, dass nur qualitativ hochwertige Rohstoffe in die Produktion gelangen. In einem wichtigen ersten Schritt unterstützen Sie Geräte von Anton Paar bei der repräsentativen Probenahme, sodass Sie die Variabilität Ihrer Pulveranalyseergebnisse erheblich verringern und Ihre Entscheidungsgrundlage erheblich verbessern können.

    Die Messung der Partikelgröße des Elektroden-Rohmaterials minimiert das Risiko, dass gesamte Produktionschargen verworfen werden müssen. Durch Stampfdichtemessung an Pulvern werden Pulverpartien mit unterschiedlichem Verhalten identifiziert, sodass Sie Maßnahmen ergreifen können, um eine konsistente Pulverhandhabung sicherzustellen. Messen Sie die Durchgangsporengröße, um geeignete Materialien auszuwählen und das Risiko eines Separatorausfalls zu minimieren.

    Mit einer Dichtemessung können Sie Lösungsmittel und flüssige Reagenzien identifizieren und deren Qualität überprüfen. Für Halbfeststoffe und Feststoffe wie Elektrolyte auf Polymerbasis kann der Brechungsindex bzw. die Konzentration mit einem Refraktometer gemessen werden. Wenn Materialien teuer sind oder in einem Behälter geliefert werden, können sie durch die Verpackung mit einem Raman-Spektrometer identifiziert werden, ohne den Behälter zu öffnen.

    Die Elementaranalyse von Lithium-Ionen-Batterieverbindungen wird mit ICP-OES zur Analyse der Zusammensetzung und ICP-MS zur Kontaminationsanalyse durchgeführt. Bei beiden Verfahren ist eine ausreichend aufgeschlossene Probe erforderlich, was nur mit einem mikrowellenunterstützten Säureaufschluss erreicht werden kann.

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    Slurry-Herstellung

    Die richtige Slurry-Mischung ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen. Die Technologie von Anton Paar kann Ihnen in vielerlei Hinsicht helfen: Beim Mischen des Slurrys führt zu intensives Rühren mit der Zeit zu einer Degradierung.

    Um die maximale Homogenität zu erreichen, ohne Partikel zu zerbrechen, können Sie die Dichte, Partikelgröße und das Zetapotenzial des Slurrys mit Anton Paar-Geräten messen und erforderliche Justierungen vornehmen. Messen und optimieren Sie die Viskosität des Slurrys, so dass er leicht pumpbar ist und ohne Sedimentation gut gelagert werden kann. 

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    Beschichten und Trocknen

    Mit einem Rheometer von Anton Paar analysieren Sie Elektroden-Slurrys eingehend und stellen sicher, dass der Slurry einen gleichmäßigen Film mit homogener Schichtdicke bildet, sodass eine ordnungsgemäße Wiederaufladbarkeit der Batterie über die gesamte Lebensdauer gewährleistet werden kann.

    Untersuchungen mit Rheometern und Viskosimetern helfen Ihnen, den Prozess des Auftragens durch Anpassung der Durchflussrate und Düsengeometrie zu optimieren, um eine optimale Strukturerholung des Slurrys nach dem Auftragen sicherzustellen. Dies ermöglicht eine ideale Nivellierung und verhindert ein Ablaufen des Slurrys. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige Schichtdicke, was besonders für die Herstellung kleinerer Batterien von entscheidender Bedeutung ist.

    Durch die Messung der Folienadhäsion mit Ritzprüfgeräten sind Sie in der Lage, Maßnahmen zu treffen, die ein Entlaminieren der Elektrode verhindern.

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    Kalandrieren / Schneiden der Elektroden / Zellfertigung

    Der Vorgang des Kalandrierens hat einen wesentlichen Einfluss auf die Porenstruktur und damit die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Um die verwendeten Materialien sowie Ihre Prozessparameter zu optimieren, ist es wichtig, die Porosität und die nanomechanischen Eigenschaften der beschichteten Elektrodenfolie/gepressten Elektrode zu bestimmen.

    Dazu messen Sie das Porenvolumen und die Porengrößenverteilung mit dem Quecksilber-Intrusionsporosimeter von Anton Paar oder bewerten die mechanischen Eigenschaften im Nanobereich mit dem Tosca AFM von Anton Paar.

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    Elektrolytbefüllung und Formation

    Vor dem Befüllen der Elektrolyte sollte ihre Qualität überprüft werden. Eine mindere Elektrolytqualität führt zu schlechter Batterieleistung. Die Dichtemessung ist ein zuverlässiger Weg, um zu überprüfen, ob die Elektrolytzusammensetzung den Anforderungen und Spezifikationen entspricht.

    Während des Füllvorgangs können Sie mit einem Rheometer die Düsengeometrie und die Leistung der Pumpe anpassen.

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  • Finden Sie Ihre ideale Lösung

    LösungIhre VorteileMessgerät

    Sie müssen das Ladungs- und Entladungsverhalten, die Kapazität oder die Leistungsdichte verbessern.

    Messen Sie die Partikelgröße mit Laserbeugung und DLS oder untersuchen Sie die Nanostruktur Ihrer Elektrode mithilfe von Kleinwinkel-Röntgenstreuung.

    Durch Anpassung der Partikelgrößenverteilung können die Leistungsparameter des Elektrodenmaterials optimiert werden. Wenn Sie wissen, wie Ihre Elektrode mit dem Elektrolyten interagiert, können Sie die Kapazität und Lebensdauer Ihrer Batterie verbessern.

     

    Sie müssen sicherstellen, dass die gelieferten Materialien der Bestellung entsprechen, sauber und rein sind, die richtige Konzentration aufweisen und die Messwerte mit den Angaben der gelieferten Rohmaterialien übereinstimmen.

    Messen Sie die Dichte, um die Qualität aller flüssigen Rohmaterialien zu kontrollieren.

    Eine schnelle, genaue, automatisierte und sichere Analyse aller flüssigen Rohmaterialien verhindert Fehler in der F&E und sorgt für eine ideale Batterieleistung.

     

    Sie müssen die Materialeigenschaften von Elektroden-Slurry verstehen, um sicherzustellen, dass die Slurry-Mischung die richtige Zusammensetzung und Konsistenz aufweist.

    Prüfen Sie die Dichte, Viskosität, Viskoelastizität und das thixotrope Verhalten von Slurries, um Konsistenz und Qualität zu gewährleisten.

    Dichte- und Viskositätsprüfungen sind rückverfolgbar und helfen Ihnen, Material, Kosten und Zeit zu sparen.

     

    Sie möchten die Probenmenge für die Slurry-Analyse reduzieren, um schnelle Ergebnisse zu erzielen und Zeit und Materialkosten zu sparen.

    Messen Sie die Dichte mit einem Labor-Dichtemessgerät.

    Schnelle Dichteprüfungen erfordern nur geringe Slurry-Probenmengen. Das spart Kosten, ohne die Forschungsergebnisse zu beinträchtigen.

     

    Sie möchten das Risiko eines Elektrodenausfalls aufgrund schlechter Haftfestigkeit der Beschichtung minimieren.

    Bestimmen Sie das Zetapotenzial, da dieses mit der Haftfestigkeit der Beschichtung korreliert.

    Wenn Sie das Zetapotenzial kennen, können Sie die Oberflächeneigenschaften optimieren, um eine optimale Haftfestigkeit zu erreichen und das Risiko eines Elektrodenausfalls zu minimieren.

     

    Sie möchten die Ladekapazität Ihrer Batteriezellen verbessern.

    Messen Sie die Mikro- und Mesoporengrößenverteilung mittels Gasadsorption.

    Auf Basis dieser Ergebnisse können Sie die Nanostruktur der Materialien optimieren, um die Diffusion zu verbessern und Volumenänderungen in der Arbeitselektrode zu reduzieren.

     

    Sie wollen Lithium-Ionen-Zellen mit vorhersehbarer und reproduzierbarer Ladungs-/Entladungsleistung produzieren.

    Messen Sie die spezifische Oberfläche durch Gasadsorption.

    Kennt man die spezifische Oberfläche, kann sie angepasst werden, um die gewünschten Leiteigenschaften der Elektrodenfeststoffe zu erzielen.

     

    Sie möchten einen konstanten und verbesserten Partikel-Partikel-Kontakt erzielen, um einen geringeren interpartikulären Widerstand zu erreichen und dünnere Elektroden herzustellen.

    Messen Sie die Stampfdichte.

    Die Ergebnisse können verwendet werden, um die Partikelpackungsdichte zu optimieren.

     

    Sie möchten das Risiko eines Separatorausfalls verursacht durch die Verwendung ungeeigneter Materialien minimieren.

    Messen Sie die Porendurchgangsgröße mittels Kapillarporometrie.

    Mit dieser Analyse können ungeeignete Materialien leicht identifiziert und verworfen werden.

     

    Sie möchten das Risiko eines Separatorausfalls durch unvollständige Benetzung minimieren.

    Bestimmen Sie das Zetapotenzial, da es mit dem Benetzungsverhalten korreliert.

    Durch Kenntnis des Zetapotenzials können Sie Maßnahmen treffen, um einen parasitären Widerstand, der durch unvollständige Benetzung an der Separator/Elektroden-Grenzfläche entsteht, zu vermeiden.

     

    Sie müssen die Energiedichte der Elektrode optimieren.

    Messen Sie die lokale elektrische Leitfähigkeit im Nanometerbereich durch Rasterkraftmikroskopie.

    Optimieren Sie die Leistung der Elektrode in Bezug auf Kapazität und Energiedichte, indem Sie das Verhältnis verschiedener Funktionskomponenten basierend auf nanoelektrischen Parametern einstellen.

     

    Sie müssen Hochleistungselektrolyte entwickeln, die ein schnelles Laden und Entladen über einen weiten Temperaturbereich ermöglichen.

    Messen Sie die Viskosität Ihres Elektrolyten mit einem Kugelroll-Viskosimeter.

    Die Kenntnis der Viskosität ermöglicht die Feinabstimmung der Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten.

     

    Sie interessieren sich für die thermische Sicherheit Ihrer Lithium-Ionen-Batterien.

    Führen Sie Flammpunktmessungen an den von Ihnen verwendeten Elektrolyten durch.

    Indem Sie den Flammpunkt Ihrer Elektrolyte bestimmen, können Sie das thermische Sicherheitsverhalten und die Leistung Ihrer Batterien optimieren.

     

    Sie müssen neue Batteriematerialien finden und entwickeln.

    Führen Sie Ihre Synthesereaktionen sicher in einem Mikrowellenreaktor bei bis zu 300 °C und 80 bar durch.

    Hocheffiziente und sichere Herstellung neuer Batteriematerialien, die zu einer verbesserten Batterieleistung führen. Durch Kombination von Synthese und Raman-Spektroskopie können Sie sogar die Reaktionszeit optimieren, um den Wirkungsgrad zu steigern.

     

    Sie möchten sicherstellen, dass Ihre Rohpulver die richtige Partikelgröße für die weitere Verarbeitung haben.

    Analysieren Sie die Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilung.

    Diese zentralen Parameter helfen Ihnen bei der Entscheidung, das Material weiterzuverarbeiten oder zu verwerfen.

     

    Sie möchten die Schwankungsbreite Ihrer Pulveranalyse-Ergebnisse reduzieren.

    Erstellen Sie repräsentative Probenmengen mit einem Rotationsprobenteiler.

    Repräsentative Proben sparen Zeit, weil weniger Wiederholanalysen erforderlich sind, und die Ergebnisse nicht nur repräsentativer, sondern auch präziser sind.

     

    Sie möchten eine konsistente Pulveranalyse sicherstellen.

    Messen Sie die Stampfdichte.

    Diese Messung ermöglicht es Ihnen, Pulverpartien mit unterschiedlichem Verhalten zu identifizieren.

     

    Sie möchten, dass Ihre Li-Ionen-Zellen eine vorhersehbare und reproduzierbare Ladungs-/Entladungsleistung aufweisen.

    Messen Sie die spezifische Oberfläche durch Gasadsorption.

    Die Leiteigenschaften der Elektrodenfeststoffe können so angepasst werden, dass sie die Lade- und Entladeleistung verbessern.

     

    Sie möchten die Packungsgröße und den freien Elektrolytraum durch bestmögliche Masse/Volumendichte optimieren.

    Messen Sie die wahre Dichte mittels Gaspyknometrie.

    Die verbesserte Masse/Volumendichte ermöglicht eine Reduktion der Packungsgröße.

     

    Sie möchten eine konsistente Slurry-Formulierung definieren und die Charakteristika des Slurry kennen.

    Messen Sie die spezifische Oberfläche durch Gasadsorption.

    Die Materialkosten werden reduziert und eine gleichbleibende Qualität wird sichergestellt.

     

    Als Qualitätsmanager in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien müssen Sie eine schnelle Qualitätskontrolle der Elektrolyte gewährleisten.

    Messen Sie den Brechungsindex oder die Konzentration von Elektrolyten, unabhängig davon, ob es sich um eine Flüssigkeit oder ein Polymer handelt.

    Das gewährleistet die Herstellung von Batterien mit idealem Wirkungsgrad.

     

    Sie müssen sicherstellen, dass die gelieferten Materialien den bestellten entsprechen sowie sauber und rein sind, ohne teures Material für die Analyse oder das Öffnen des Behälters zu verschwenden.

    Messen Sie ein Raman-Spektrum und vergleichen Sie es mit einem definierten Referenzspektrum, um Ihr eingehendes Rohmaterial zu überprüfen, selbst für Feststoffe wie Membranmaterialien und Graphen.

    Schnelle, genaue und nicht-invasive Analyse, sogar durch das Verpackungsmaterial.

     

    Sie möchten Ihre Probenvorbereitung für die nachfolgende Elementaranalyse optimieren.

    Schließen Sie Ihre Probe mit einem Mikrowellensystem auf.

    Perfekt vorbereitete und reproduzierbare Probe für die anschließende Elementaranalyse.

     

    Sie möchten herausfinden, ob das Elektrodenrohmaterial Aggregate formt.

    Messen Sie die Partikelgröße.

    Mit diesem Wissen kann die Leistungsfähigkeit der Elektroden durch Modifizierung oder Austausch von Rohmaterialien optimiert werden.

     

    Sie möchten die Aggregationsneigung der Anoden- und Kathoden-Dispersionen verstehen.

    Messen Sie das Zetapotenzial mit ELS.

    Nutzen Sie die Ergebnisse, um eine stabile Dispersion zu definieren und die Elektrodenleistung zu optimieren.

     

    Sie möchten ein unnötiges Aufrühren des Slurry vermeiden, indem Sie die Zeit bestimmen, in der eine Homogenität erreicht wird.

    Messen Sie die Dichte, Viskosität, Viskoelastizität und das thixotrope Verhalten.

    Diese Messungen lassen Rückschlüsse auf die Mischeigenschaften zu, um Parameter wie Geschwindigkeit, Zeit und Temperatur zu optimieren und Materialkosten zu sparen.

     

    Sie wollen den Slurry problemlos aus einem Tank pumpen.

    Bestimmen Sie die scherratenabhängigen Viskositäten und die Fließgrenze.

    Kennen Sie die erforderliche Pumpleistung, ist es möglich, eine geeignete Pumpe zu wählen oder die Formulierung für eine bessere Pumpbarkeit anzupassen.

     

    Sie möchten die perfekte Slurry-Konsistenz finden, die lagerstabil ist und auch nach längerer Lagerung leicht und ohne Qualitätsverlust weiterverarbeitet werden kann.

    Testen Sie die Sedimentationsstabilität des Slurry mit Viskoelastizitätstests und Zetapotenzialmessungen.

    Mit diesem Wissen können Maßnahmen getroffen werden, um eine zeitabhängige Sedimentation von Partikeln zu verhindern und Homogenität zu erhalten.

     

    Die Beschichtung auf den Elektroden löst sich zu früh.

    Messen Sie die Adhäsion verschiedener Beschichtungen mit Ritzprüfern.

    Mit diesen Ergebnissen können Sie prüfen, ob eine Änderung der Beschichtungsparameter die Delaminierung verbessert oder verschlechtert.

     

    Sie möchten den Beschichtungsprozess verbessern und eine optimale Schicht auftragen.

    Messen Sie die Thixotropie und Strukturerholung.

    Die Ergebniskurve zeigt die Erholzeit nach dem Auftragen und hilft Ihnen herauszufinden, wie eine gute Oberflächenqualität erreicht werden kann.

     

    Sie wollen ein Batteriepack mit optimierter Masse/Volumendichte herstellen.

    Messen Sie die wahre Dichte mittels Gaspyknometrie.

    Das Ergebnis ermöglicht die korrekte Anpassung der Formulierung und der Prozessparameter.

     

    Sie möchten die Porengröße und das Porenvolumen Ihrer Elektrodenfolien/gepressten Elektroden bestimmen.

    Messen Sie die quantitative Porenvolumen- und Porengrößenverteilung von Trockenelektroden durch Quecksilberporosimetrie.

    Mithilfe dieses Wissens können Materialien und Prozessparameter spezifiziert werden.

     

    Sie müssen die mechanische Integrität des fertigen Produkts im Nanobereich bewerten, um die Materialzusammensetzung zu optimieren.

    Messen Sie die lokalen mechanischen Eigenschaften im Nanometerbereich durch Rasterkraftmikroskopie.

    Basierend auf der Verteilung des nanomechanischen Verhaltens kann die Leistung der Elektrode durch Einstellen des Verhältnisses verschiedener Funktionskomponenten optimiert werden.

     

    Sie müssen die Qualität der Elektrolyte vor dem Befüllen überprüfen.

    Führen Sie schnelle Qualitätskontrollen an den eingefüllten Elektrolyten durch, um die Qualität zu gewährleisten und das Risiko von Problemen durch minderwertige Rohstoffe zu reduzieren.

    Für eine zuverlässige Überprüfung der Elektrolytzusammensetzung ist die Dichtemessung die ideale Lösung. Damit vermeiden Sie, dass Batterien mit schlechter Leistung geliefert werden, und stellen sicher, dass sie den Anforderungen und Spezifikationen entsprechen.

     

    Wie muss die Düse für die Elektrolyt-Befüllung aussehen?

    Führen Sie Viskositätsmessungen durch und bestimmen Sie die Fließgrenze, um die Düsengeometrie und die Leistung der Pumpe anzupassen.

    Sie stellen damit sicher, dass die Batterie ohne Spritzen, Tropfen und Bildung von Luftblasen befüllt wird.

     

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  • 3-Jahres-Garantie

    • Alle Anton Paar Geräte*, die nach dem 1. Jänner 2020 erworben werden, erhalten drei Jahre Garantie.
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    * Technologiebedingt sind Wartungsarbeiten gemäß Wartungsplan für manche Geräte erforderlich. Die Einhaltung des Wartungsplans ist Voraussetzung für drei Jahre Garantie.

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