Le héros méconnu de la production de batteries

Alors que les avancées dans les produits et solutions alimentés par batterie peuvent faire les gros titres, un héros silencieux travaille avec diligence dans les coulisses pour assurer la préservation et l’efficacité de la batterie - le titreur Karl Fischer.

Alors que le titrage Karl Fischer (KF) est le champion du contrôle qualité de la production des batteries, les techniques comme la perte à la dessiccation (LOD) et analyseur thermogravimétrique (TGA) soutiennent sa mission principale qui consiste à mesurer méticuleusement la teneur en eau des matériaux et des électrolytes des batteries.

Dégradation des performances :

L'eau réagit avec le sel conducteur de l'électrolyte (comme le LiPF6), ce qui décompose l'électrolyte et peut entraîner la formation d'acide fluorhydrique. Le fluorure d'hydrogène (HF) qui en résulte peut alors attaquer et corroder les matériaux de la batterie, réduisant les performances et créant des conditions potentiellement dangereuses.

Risques pour la sécurité :

En fonctionnement normal, les batteries génèrent une petite quantité de chaleur en raison du mouvement des électrons entre l’anode et la cathode. Cependant, si des composants internes, tels que des capteurs thermiques ou des circuits de protection, tombent en panne en raison de l'humidité ou de la dégradation de ces composants par HF, une situation dangereuse appelée emballement thermique peut se produire.

L’emballement thermique est un état dangereux qui se produit lorsque les températures dans la cellule de batterie augmentent de manière incontrôlée, ce qui peut provoquer un incendie ou même une explosion. 

Voyons comment cela peut se produire. La processus commence à une température apparemment basse de 80 °C, où la couche protectrice de l’anode (l'interface électrolyte solide, ou SEI) commence à se décomposer dans une réaction qui libère de la chaleur, déclenchant la réaction en chaîne suivante :

• Lorsque les températures grimpent entre 100 ° C et 120 ° C, l’électrolyte lui-même commence à se décomposer, libérant divers gaz qui peuvent contribuer à une explosion imminente, tels que CO, CO₂, CH₄, C₂H₄, H₂

• La situation devient encore plus critique entre 120°C et 130°C lorsque le composant du séparateur fond, provoquant un court-circuit interne qui accélère encore la production de chaleur.

• Lorsque les températures atteignent 150 ° C, la cathode réagit avec l’électrolyte, générant de l’oxygène et conduisant la cellule vers une défaillance complète.

• Si rien n’est fait et que les températures dépassent 180 ° C, la réaction s'auto-entretient. L’oxygène produit alimente le processus de décomposition, créant un scénario d’emballement dangereux où les températures augmentent rapidement et peuvent conduire à un incendie ou à une explosion de batterie.

Comme vous pouvez le constater, même de petites traces d’eau peuvent déclencher une situation désastreuse et dangereuse, d'où la nécessité d’une inspection méticuleuse. C'est là qu'intervient le titrage Karl Fischer – notre aide fiable pour mesurer et contrôler avec précision la teneur en eau des matériaux lithium-ion, en veillant à ce qu'un minimum d'humidité atteigne la cellule finale.

• Atténuation de la dégradation de l’électrolyte: La teneur en eau contrôlée protège contre la dégradation de l’électrolyte. Le maintien d’une capacité et d'une puissance optimales se traduit par une amélioration des performances de la batterie et un allongement des cycles d'utilisation entre les charges.

• Résistance interne réduite : Les batteries qui présentent une résistance interne moindre ont un rendement et des performances globales plus élevés, ce qui permet à votre véhicule électrique d'aller plus loin avec une seule charge (ce qui atténue l'anxiété liée à l'autonomie et favorise le développement durable).

• Réduction des réactions secondaires : Les prouesses combinées du titrage KF, de la LOD et de la TGA minimisent les risques de sécurité liés aux réactions secondaires induites par l’eau, y compris les événements volatils et dangereux. Cette approche stricte favorise un fonctionnement fiable et sûr des batteries pour diverses applications.