Anodenmaterialien
Optimieren Sie Ihre Anodenmaterialien mit intelligenten Analysewerkzeugen
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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:
Kristallqualität, Partikelgröße und Partikelform sind die wichtigsten Parameter für die Qualität von Anodenmaterialien für Batterien.
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 sind Schichtmaterialien und können Lithium-Ionen zwischen den Schichten speichern.
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 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.
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.
Die Qualität der Anodenmaterialien kann durch Messung und Prüfung der folgenden Parameter optimiert werden:
Im Folgenden erfahren Sie mehr darüber, wie Sie diese kontrollieren können.
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.
Die weltweit beliebtesten Partikelgrößenanalysatoren
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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.
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.
Die Zukunft ist kompakt
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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.
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