De onbezongen held van de batterijproductie

Doorbraken op het gebied van batterij-aangedreven producten en oplossingen halen de krantenkoppen, maar achter de schermen werkt een stille held om het behoud en de efficiëntie van de batterij te garanderen: de Karl Fischer Titrator.

Terwijl Karl Fischer (KF) titratie de belangrijkste stap is in de kwaliteitscontrole van de batterijproductie, ondersteunen technieken zoals Loss-on-Drying (LOD) en thermogravimetrische analyse (TGA) de nauwkeurige meting van het watergehalte van batterijmaterialen en elektrolyten.

Verslechtering van de prestaties:

Water reageert met het geleidende zout van de elektrolyt (zoals LiPF₆), dat de elektrolyt afbreekt en de vorming van fluorwaterstofzuur kan initiëren. Het resulterende waterstoffluoride (HF) kan vervolgens de batterijmaterialen aantasten en corroderen, waardoor de prestaties afnemen en potentieel gevaarlijke omstandigheden ontstaan.

Veiligheidsrisico's:

Tijdens normaal gebruik genereren batterijen een kleine hoeveelheid warmte door de beweging van elektronen tussen de anode en de kathode. Als interne componenten, zoals thermische sensoren of beveiligingscircuits, echter defect raken als gevolg van vocht of de afbraak van deze componenten door HF, kan er een gevaarlijke situatie ontstaan die thermal runaway wordt genoemd.

Thermal runaway is een gevaarlijke situatie die optreedt wanneer de temperatuur in de batterijcel ongecontroleerd escaleert, wat mogelijk brand of zelfs een explosie kan veroorzaken. 

Laten we eens bekijken hoe dat kan gebeuren. Het proces begint bij een ogenschijnlijk lage temperatuur van 80°C, waar de beschermende laag op de anode (de Solid Electrolyte Interface, of SEI) begint af te breken in een reactie waarbij warmte vrijkomt, wat de volgende kettingreactie veroorzaakt:

• Naarmate de temperatuur tussen 100°C en 120°C stijgt, begint de elektrolyt zelf te ontbinden, waarbij verschillende gassen vrijkomen die kunnen bijdragen aan een dreigende explosie, zoals CO, CO₂, CH₄, C₂, H₄, H₂

• De situatie wordt nog kritieker tussen 120°C en 130°C wanneer de separatorcomponent smelt, waardoor een interne kortsluiting ontstaat die de warmteontwikkeling verder versnelt.

• Tegen de tijd dat de temperatuur 150°C bereikt, reageert de kathode met de elektrolyt, waardoor zuurstof wordt gegenereerd en de cel volledig uitvalt.

• Als er niets aan wordt gedaan en de temperatuur de 180°C overschrijdt, wordt de reactie zelfvoorzienend. De zuurstof die vrijkomt, bevordert het afbraakproces verder, waardoor een gevaarlijk op hol geslagen scenario ontstaat waarin de temperatuur snel stijgt en kan leiden tot een batterijbrand of explosie.

Zoals u kunt zien, kunnen zelfs kleine sporen van water een rampzalige en gevaarlijke situatie veroorzaken, waardoor een nauwgezette inspectie noodzakelijk is. Maak kennis met Karl Fischer-titratie – ons betrouwbare hulpmiddel bij het nauwkeurig meten en controleren van het watergehalte in lithium-ionmaterialen, zodat er zo min mogelijk vocht in de uiteindelijke cel terechtkomt.

• Beperking van elektrolytafbraak: Gecontroleerd watergehalte beschermt tegen afbraak van elektrolyt. Het handhaven van een optimale capaciteit en vermogensafgifte vertaalt zich in verbeterde batterijprestaties en langere gebruikscycli tussen oplaadbeurten.

• Verminderde interne weerstand: Batterijen die minder interne weerstand ervaren, hebben een hogere efficiëntie en betere algehele prestaties. Dat betekent bijvoorbeeld dat uw elektrische voertuig verder gaat op een enkele lading, wat de zorgen over de actieradius vermindert en duurzaamheid ondersteunt.

• Reduceren van nevenreacties: De combinatie van KF-titratie, LOD en TGA minimaliseert veiligheidsrisico's als gevolg van door water veroorzaakte nevenreacties. Deze strikte aanpak bevordert een betrouwbare en veilige werking van de batterij voor verschillende toepassingen.