Analisi chimiche per la produzione di batterie agli ioni di litio

Il White Paper gratuito presenta analisi per il controllo qualità dei parametri critici durante la produzione di batterie agli ioni di litio

La sostituzione dei tradizionali veicoli alimentati a carburante con opzioni alimentate a batteria è essenziale per ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2). Questo gas serra è il risultato della combustione di combustibili fossili: limitarne l'immissione nell'atmosfera influenzerà anche i suoi effetti sul riscaldamento globale. La produzione di veicoli elettrici alimentati a batteria (EV) continua a crescere mentre più governi pianificano di vietare l'uso di motori a combustione in futuro e le case automobilistiche si impegnano a eliminare gradualmente la produzione di motori a combustione. L'Agenzia internazionale dell'energia prevede che entro il 2030 il 60% di tutte le vendite di auto nuove sarà costituito da veicoli elettrici. Allo stesso tempo, le fonti di energia rinnovabile come l'eolico e il solare richiedono capacità di stoccaggio per l'elettricità. Le batterie sono attualmente i materiali più scalabili in cui immagazzinare l'elettricità in eccesso e questo mercato è in costante crescita man mano che i paesi iniziano a investire in soluzioni di stoccaggio dell'energia.

Le batterie agli ioni di litio sono le opzioni di accumulo di energia ricaricabili più comuni oggi disponibili. La produzione di batterie agli ioni di litio deve seguire rigorosi standard di qualità. Il contenuto di acqua, il contenuto alcalino residuo o le impurità ioniche possono avere un impatto negativo sulla sicurezza e sulla capacità di accumulo della batteria finale. Nel frattempo, la composizione dei materiali catodici o dell'elettrolita può influenzare i costi di produzione e le qualità delle prestazioni delle batterie agli ioni di litio. Questo White Paper illustra in che modo la titolazione e la cromatografia ionica possono essere utilizzate per monitorare vari parametri di qualità durante la produzione di batterie agli ioni di litio.

Tracce di acqua possono influire negativamente sulle prestazioni elettrochimiche delle batterie agli ioni di litio, portano alla formazione di HF tossico e modificano il contenuto alcalino residuo. La titolazione coulometrica Karl Fischer è ideale per determinare il contenuto di acqua a livello di tracce in vari materiali e componenti delle batterie agli ioni di litio.

Gli alcali residui (basi superficiali) possono formarsi quando i materiali catodici sono esposti all'aria ambiente. Un elevato contenuto residuo di alcali può influire negativamente sulla preparazione della sospensione del catodo. Può verificarsi la gelificazione, causando problemi di elaborazione durante il processo di produzione della batteria. La titolazione acido-base può essere utilizzata per determinare non solo il contenuto alcalino residuo ma anche la purezza delle materie prime al litio.

I catodi delle batterie agli ioni di litio sono solitamente ossidi metallici di litio. I metalli più comuni sono il cobalto, il nichel, il manganese o il ferro. La conoscenza dell'esatta composizione metallica delle soluzioni di partenza e del catodo finale è essenziale per ottimizzare i costi di produzione. La titolazione potenziometrica è una tecnologia di analisi collaudata ed economica utilizzata per determinare la composizione metallica dei materiali catodici.

Il litio esafluorofosfato (LiPF6) è la principale fonte di ioni di litio utilizzati negli elettroliti. Tuttavia, LiPF6 non è un sale stabile e quindi i sali di borato di litio o i sali di litio a base di immide sono spesso usati come additivi. La cromatografia ionica è una tecnologia analitica adatta per determinare la composizione dei vari sali di litio all'interno dell'elettrolita.

Le impurità ioniche nelle batterie agli ioni di litio hanno un effetto negativo sulle prestazioni della batteria. Ad esempio, possono influenzare negativamente l'interfase elettrolitica solida (SEI). La cromatografia ionica è ideale per rilevare le impurità ioniche a livello di tracce nelle materie prime utilizzate per produrre l'elettrolita, il catodo o i materiali anodici.

Scarica il White Paper gratuito per saperne di più sull'analisi chimica di questi parametri di qualità per la produzione di batterie agli ioni di litio.