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Analyses chimiques pour la production de batteries lithium-ion

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Un livre blanc gratuit présente des analyses pour le contrôle de la qualité des paramètres critiques lors de la production de batteries lithium-ion

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Il est essentiel de remplacer les véhicules traditionnels alimentés au carburant par des options alimentées par des batteries pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2). Ce gaz à effet de serre est le résultat de la combustion de combustibles fossiles. En limitant son apport dans l'atmosphère, on influe sur ses effets sur le réchauffement de la planète. La production de véhicules électriques (VE) alimentés par des batteries continue d'augmenter, car de plus en plus de gouvernements prévoient d'interdire l'utilisation de moteurs à combustion à l'avenir et les constructeurs automobiles s'engagent à éliminer progressivement la production de moteurs à combustion. L'Agence internationale de l'énergie prévoit que d'ici à 2030, 60 % des ventes de voitures neuves seront des VE. Dans le même temps, les sources d'énergie renouvelables comme l'éolien et le solaire nécessitent des capacités de stockage de l'électricité. Les batteries sont actuellement les matériaux les plus évolutifs pour le stockage de l'électricité excédentaire, et ce marché est en croissance constante à mesure que les pays commencent à investir dans des solutions de stockage de l'énergie.

Les batteries lithium-ion (batteries Li-ion) sont les options de stockage d'énergie rechargeables les plus courantes aujourd'hui. La production des batteries Li-ion doit respecter des normes de qualité strictes. La teneur en eau, la teneur en alcali résiduel ou les impuretés ioniques peuvent avoir un impact négatif sur la sécurité et la capacité de stockage de la batterie finale. Parallèlement, la composition des matériaux cathodiques ou de l'électrolyte peut influencer les coûts de fabrication et les performances des batteries Li-ion. Ce livre blanc explique comment le titrage et la chromatographie ionique peuvent être utilisés pour surveiller divers paramètres de qualité pendant la production de batteries lithium-ion.

Des traces d'eau peuvent avoir un impact négatif sur les performances électrochimiques des batteries lithium-ion, entraîner la formation de HF toxiques et modifier la teneur en alcali résiduel. Le titrage coulométrique de Karl Fischer est idéal pour déterminer la teneur en eau à l'état de traces dans divers matériaux et composants des batteries Li-ion.

Des alcalins résiduels (bases de surface) peuvent se former lorsque les matériaux cathodiques sont exposés à l'air ambiant. Une teneur élevée en alcali résiduel peut avoir un impact négatif sur la préparation de la cathode en suspension. Une gélification peut se produire, entraînant des problèmes de traitement pendant le processus de fabrication de la batterie. Le titrage acide-base peut être utilisé pour déterminer non seulement la teneur en alcali résiduel mais aussi la pureté des matières premières de lithium.

Les cathodes des batteries Li-ion sont généralement des oxydes métalliques de lithium. Les métaux les plus courants sont le cobalt, le nickel, le manganèse ou le fer. La connaissance de la composition métallique exacte des solutions de départ et de la cathode finale est essentielle pour optimiser les coûts de fabrication. Le titrage potentiométrique est une technologie d'analyse éprouvée et rentable utilisée pour déterminer la composition métallique des matériaux cathodiques.

L'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) est la principale source d'ions lithium utilisée dans l'électrolyte. Cependant, le LiPF6 n'est pas un sel stable, c'est pourquoi les sels de borate de lithium ou les sels de lithium à base d'imide sont souvent utilisés comme additifs. La chromatographie ionique est une technologie analytique appropriée pour déterminer la composition des différents sels de lithium dans l'électrolyte.

Les impuretés ioniques dans les batteries Li-ion ont un effet néfaste sur les performances de la batterie. Par exemple, elles peuvent influencer négativement l'interphase de l'électrolyte solide (SEI). La chromatographie ionique est idéale pour détecter les impuretés ioniques à l'état de traces dans les matières premières utilisées pour produire l'électrolyte, la cathode ou les matériaux anodiques.

Téléchargez le livre blanc gratuit pour en savoir plus sur l'analyse chimique de ces paramètres de qualité pour la production de batteries lithium-ion.