Independent Performance Reports
Leistungsberichte für Ihre Kathodenmaterialien
Die Entwicklung und Charakterisierung von Batteriematerialien ist ein zentraler Prozess für die Verbesserung der Leistung und Lebensdauer moderner Energiespeichersysteme. Um die Qualität und Effizienz neuer Batteriematerialien zu bewerten, bieten wir Ihnen einen umfassenden Leistungskatalog an, der verschiedene Phasen der Materialentwicklung und Charakterisierung abdeckt. Dazu zählen die Entwicklung von Slurrys (Elektrodenpasten), die Beschichtung von Elektrodenfolien, die elektrochemische Charakterisierung der Elektroden sowie eine vollständige Untersuchung der elektrochemischen Leistung von Prototypzellen. Kontaktieren Sie unser Team für die Erstellung eines unabhängigen Leistungsberichtes für Ihre Batteriewerkstoffe.
Entwicklung der Elektrodenpasten (Slurry)
Die Herstellung einer homogenen und stabilen Slurry ist ein kritischer Parameter von hochwertigen Batteriematerialien. Der Entwicklungsprozess der Slurry umfasst mehrere Arbeitsschritte.
Materialauswahl: Auswahl geeigneter Aktivmaterialien (z. B. Lithiumeisenphosphat (LFP), NCM, oder andere Materialien), leitfähige Additive (z. B. Ruß, Graphen) und Bindemittel (z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), wasserbasierte Systeme).
Optimierung der Mischungsverhältnisse: Definition der optimalen Zusammensetzung, einschließlich Aktivmaterial, Leitadditiv und Bindemittel. Dies ist entscheidend, um die Leitfähigkeit, Stabilität und Haftung der Elektroden zu maximieren.
Lösungsmittel und Viskosität: Anpassung des Lösungsmittelsystems (z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder wasserbasierte Systeme) und der Viskosität der Slurry, um eine gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten.
Mischverfahren: Verwendung geeigneter Mischmethoden (z. B. Planetenmischer, Hochgeschwindigkeitsmischer), um eine homogene Slurry mit der richtigen Partikelverteilung zu gewährleisten.
Kontrollierte Partikelgrößenverteilung: Optimierung der Partikelgrößenverteilung des Aktivmaterials, um die Elektrodenperformance zu verbessern und die Zyklisierungsstabilität zu erhöhen.
Beschichtungsprozess der Elektroden
Nach der Herstellung der Slurry folgt der Beschichtungsprozess, bei dem das Material gleichmäßig auf die stromführenden Substrate (z. B. Aluminium für Kathoden und Kupfer für Anoden) aufgetragen wird.
Beschichtungsmethode: Auswahl und Anwendung einer geeigneten Beschichtungsmethode, wie die Rakelbeschichtung oder die Schlitzdüsenbeschichtung, um eine gleichmäßige Schichtdicke der Elektrode zu gewährleisten.
Einstellen der Schichtdicke: Die Schichtdicke der Beschichtung wird je nach Anforderung an die Zellkapazität und das Material optimiert. Dies beeinflusst maßgeblich die Energiedichte und den Innenwiderstand der Zelle.
Trocknung: Optimierung des Trocknungsprozesses, um sicherzustellen, dass das Lösungsmittel vollständig entfernt wird und die Elektroden eine stabile Struktur aufweisen. Hierbei ist die Trocknungstemperatur und -dauer entscheidend.
Kalendern: Der beschichtete Elektrodenfilm wird kalandriert (verdichtet), um die Partikelstruktur zu optimieren und eine hohe Energiedichte sowie gute mechanische Stabilität zu erreichen.
Elektrodencharakterisierung
Nach der Beschichtung und Trocknung müssen die Elektroden auf ihre strukturellen und chemischen Eigenschaften hin charakterisiert werden, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen entsprechen.
Dicke und Gewicht: Präzise Messungen der Dicke und des Gewichts der Elektroden, um eine gleichmäßige Massenbeladung sicherzustellen und die Zellkapazität genau berechnen zu können.
Porosität und Dichte: Analyse der Porosität und Dichte der Elektroden. Eine optimale Porosität ist entscheidend für die Diffusion des Elektrolyten und die Leistungsfähigkeit der Zelle.
Haftungstest: Die Haftung der Beschichtung auf dem Substrat wird überprüft, um sicherzustellen, dass die Elektroden auch unter mechanischer Belastung stabil bleiben.
Mikroskopische Untersuchungen: Mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und anderen Techniken wird die Morphologie der Elektroden untersucht, um eine homogene Verteilung des Aktivmaterials und eine gute Verknüpfung zwischen den Partikeln zu bestätigen.
Chemische Analyse: Durchführung von Analysen wie Röntgendiffraktometrie (XRD) und Raman-Spektroskopie, um die kristalline Struktur und die chemische Zusammensetzung des Materials zu bestätigen.
Elektrochemische Untersuchungen
Die elektrochemische Charakterisierung ist der letzte Schritt, um die Leistungsfähigkeit der hergestellten Elektroden und Prototypzellen zu bewerten.
Zellmontage: Die Elektroden werden in Knopfzellen oder Pouchzellen montiert, um standardisierte elektrochemische Tests durchzuführen. Dabei werden geeignete Elektrolyte und Separatoren verwendet, die den Anforderungen der Materialien entsprechen.
Kapazitätstests: Zyklische Ladungs- und Entladungstests bei verschiedenen C-Raten (Entladungsströmen) werden durchgeführt, um die spezifische Kapazität der Materialien zu bestimmen. Hierbei wird die Zelle über mehrere Zyklen hinweg auf ihre Langlebigkeit und Zyklisierungsstabilität untersucht.
Ratentests: Um die Leistungsfähigkeit der Zelle unter unterschiedlichen Belastungen zu prüfen, werden Ratentests durchgeführt, bei denen die Zelle bei verschiedenen Stromraten (z. B. C/10 bis 5C) geladen und entladen wird. Diese Tests zeigen die kinetischen Eigenschaften der Materialien.
Impedanzspektroskopie (EIS): Elektrochemische Impedanzspektroskopie wird verwendet, um den Innenwiderstand der Zelle zu bestimmen und Informationen über den Ladungsübertragungswiderstand und die Diffusionseigenschaften zu erhalten.
Zyklenlebensdauer: Langzeitzyklen werden durchgeführt, um die Degradation der Materialien über viele Lade- und Entladezyklen zu bewerten. Diese Tests sind entscheidend, um die Lebensdauer der Zelle in realen Anwendungen abzuschätzen.
Temperaturtests: Elektrochemische Tests bei unterschiedlichen Temperaturen (z. B. 0°C, Raumtemperatur, 60°C) werden durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit der Materialien unter extremen Bedingungen zu evaluieren.
Ergebnisanalyse und Berichtserstellung
Nach Abschluss der Untersuchungen werden die Ergebnisse analysiert und in einem ausführlichen Bericht zusammengefasst. Dieser Bericht enthält alle für Sie wesentlichen Punkte, die Sie in Ihrer eigenen Arbeit verwenden können.
Zusammenfassung der Materialeigenschaften, einschließlich mechanischer und struktureller Analysen der Elektroden.
Elektrochemische Ergebnisse, wie spezifische Kapazität, Zyklenlebensdauer und Ratentests.
Optimierungsvorschläge zur Verbesserung der Materialeigenschaften und der elektrochemischen Leistung.
