鋰離子電池

使用優質、良好特性的電池材料確保最佳電池性能。

鋰離子電池的研究、開發和利用是世界上發展最快的工業領域之一。許多產品,包括心律調節器、無人機、汽車,甚至現在的飛機,都依賴電池供電。確保電池安全、強大和可靠比以往任何時候都更加重要。

然而電池的安全性、性能和壽命只能與製造它的材料一樣好。具體來說,電極、隔膜和電解液從進入生產設施開始直到它們被整合到最終產品中,都需要進行全面的特性分析和監控。

必須測量的參數包括:電極表面積、晶體結構、粒徑和晶體尺寸、電極漿料流動和固化性能、隔膜孔徑和結構性能、電解液黏度、密度和閃點。

安東帕必讀電子書:「電池材料特性分析現場指南」

優質的電池材料為性能一流的電池提供動力。這本電子書包含真實測量數據的電子書告訴您如何在電極、漿液、隔膜和電解質中分析基本的鋰離子電池材料特性,進而使您的電池在競爭中脫穎而出。

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固體電極材料

鋰離子電池的電極(正極和負極)在離子傳輸中扮演關鍵角色,因此對於高效的能量傳輸至關重要。這些電極由壓實的顆粒材料組成。這些材料的化學成分和物理特性都將嚴重影響電池的性能、生命週期和安全性,進而影響電池的設計優化,以達到其預期用途。

電極材料的物理特性,例如:表面積、粒徑、晶體尺寸和形狀,對單個電池內的電荷交換有直接影響。其他物理屬性,例如:晶體結構、固體和骨架密度以及電極材料顆粒的 zeta 電位,在電池的內部導電性中起著關鍵作用。電池的耐用性不僅與電極塗層的品質有關,而且與電極本身的附著力有關。這可以透過可量化的刮痕測試來準確評估。

開發電極材料的另一個關鍵步驟是測試重金屬污染。酸消化是重金屬分析的初始樣品製備步驟。

使用 XRD 或 SAXS 等方法,還可以分析完整電池組件中電極材料的特性,以監測充電和放電過程中的變化。

電極漿料:

正確設計和開發正負極漿料的混合和塗覆工藝是電池性能的重要組成部分。了解漿料的密度、黏度、黏彈性和觸變行為等參數可提供確定和控制組成和稠度的資訊。因此,在混合過程中,可以透過確定達到均質所需的時間、速度和溫度來避免不必要的攪拌。在選擇合適的幫浦或調整配方以獲得更好的泵送性時,必須研究與剪切速率相關的黏度和屈服點。可以透過測量結構恢復來監測塗層過程中良好的表面流平性。

儲存的漿料不應沉澱,並應保持其均勻性,這是透過黏彈性測試和 zeta 電位測量獲得的。此外,漿料顆粒的表面積與其配方和行為直接相關,了解此參數有助於降低材料成本並確保品質穩定。

隔板和集電器

鋰離子電池中的隔膜是一種薄的多孔膜,透過防止陽極和陰極之間的短路,同時允許它們之間的離子流動,在電池功能中起著關鍵作用。隔板需要機械堅固,在電池活躍條件下穩定,並且對其他電池材料呈惰性,但仍需要足夠多孔以實現離子傳輸。 

隔膜的通孔尺寸是確保最佳電池性能的關鍵參數。孔必須足夠小以防止在隔膜上形成枝晶並導致短路,但必須足夠大以促進陰極和陽極之間的離子流動。此外,必須篩選和防止較大的孔或針孔,因為它們可能導致短路。 

隔板的另一個關鍵參數是它們的機械強度和結構性能。具體來說,測量隔膜需要多少預張力是避免組裝過程中破裂或撕裂以及組裝後下垂的關鍵。 

電解液

鋰離子電池中的電解液透過實現陽極和陰極之間的電荷轉移,在電池功能中發揮著關鍵作用。電解液還可以穩定陰極和陽極表面並延長電池壽命。徹底分析電解液的物理特性,特別是密度和黏度,對於確保導電性、適當潤濕和填充至關重要。 

電解液的黏度在電池的功率輸出以及優化電池的填充過程中起著至關重要的作用。電解液溶劑品質以及鹽的溶解和濃度也是影響電池性能的關鍵因素。電解液的密度和折射率測量是一種快速準確的品質控制方法,可確保適當的溶劑品質以及鹽的溶解和濃度。 

鋰離子電解液的另一個關鍵方面是其閃點。準確測量該參數是確保電池熱安全的關鍵。


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