Verbesserte Leistung und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien mit dem Röntgenanalysegerät EA8000

Das Röntgenanalysegerät EA8000 wurde entwickelt, um Hersteller dabei zu unterstützen, die Sicherheit, Leistung und Produktionsausbeute von Lithium-Ionen-Batterien zu optimieren. Das Gerät wurde so konzipiert, dass unerwünschte Metallpartikel innerhalb der Batterie schnell erkannt und analysiert werden können. Derartige Partikel können verheerende Auswirkungen auf die Leistung von LIB-Batterien haben, häufig bis hin zu Brand- und Explosionsgefahr.

Das EA8000 verbindet zwei Röntgentechnologien für eine schnelle und gründliche Analyse:

  1. Röntgendurchleuchtung zum schnellen Erkennen von Metallpartikeln, deren Größe und Form
  2. Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) zum Bestimmen der jeweiligen Metallelemente an kontaminierten Stellen

Metallverunreinigungen können als Rohmaterial oder während der Fertigung in die Batterie geraten, z.B. Metallteilchen von Maschinen. Das EA8000 ist so vielseitig, dass es diese während vieler Fertigungsstufen ausfindig machen kann, bis hin zur Endprüfung vor dem Versand.

EA8000-Anwendung in der LIB-Produktion

Im Folgenden führen wir auf, wie das Röntgenanalysegerät EA8000 in einer Produktionsstätte für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden kann.

Materialeingangsprüfung

Viele der in der Herstellung verwendeten Komponenten können mit dem EA8000 geprüft werden, einschließlich kohlenstoffbasierte Pulver, die für verbesserte Leitfähigkeit in Anoden, für Kathodenmaterialien, Zellenseparatoren und für das Außengehäuse der Zelle verwendet werden. Feststoffkomponenten können zur Analyse flach auf den Probentisch gelegt werden, Pulver und Schlämme können in einem transparenten Kunststoffbehälter gemessen werden. Das Analysegerät erkennt und analysiert Metallpartikel ab einer Größe von 20 µm, und dank seiner schnellen Messleistung eignet es sich insbesondere für die Analyse im Produktionsumfeld großer Kathodenplatten für DIN A4-große LIB.

Anhand von Röntgendurchleuchtung können Größe und Form der Metallpartikel erfasst werden. Sie liefert wichtige Informationen zu Umfang und Dichte der Verunreinigungen, und nicht-konforme Teile können zurückgewiesen werden. Die RFA-Analyse gibt Aufschluss über die vorhandenen Elemente und vervollständigt das Bild der vorliegenden Verunreinigungen und deren Einfluss auf die Batterieleistung.

 

Prozesskontrolle

Wenn sichergestellt ist, dass die Rohmaterialien den Vorschriften für metallische Partikelkontaminierung entsprechen, sind noch Verunreinigungen innerhalb des Fertigungsprozesses möglich, zum Beispiel durch von Produktionsmaschinen erzeugtem Staub. Eine einfache Kontrollmöglichkeit besteht darin, Klebestreifen in der Nähe von Maschinen und Geräten anzubringen und diese regelmäßig mit dem EA8000 auf Metallpartikel zu überprüfen, die sich typischerweise im Staub befinden könnten. Dieses Verfahren ist nicht nur zur Erkennung von Verunreinigungsquellen in Batteriezellen nützlich, sondern auch zum Ermitteln von Problemen mit der Anlage selber; eine Veränderung in der Menge oder der Art des abgesonderten Staubs kann auf eine erforderliche Wartung oder einen notwendigen Teileaustausch hindeuten.

Ausfallanalyse

Abschließend kann das EA8000 in der Endabnahme eingesetzt werden, um möglichen Ursachen eines Batterieausfalls auf den Grund zu gehen. So können fehlerhafte Produkte daraufhin überprüft werden, ob Metallpartikel im Zellenseparator oder an den Elektroden einen Kurzschluss innerhalb der Zelle verursacht haben könnten. Anhand einer RFA-Kompositionsanalyse können Metalle genau ermittelt und der Ursprung einer Verunreinigung identifiziert werden.

Letztlich kann mit dem EA8000 die Produktionsausbeute durch eine frühzeitige Erkennung von metallischen Verunreinigungen verbessert werden, da nicht-konforme Komponenten aussortiert werden bevor sie in die Produktion gehen. Auch gibt das Gerät Aufschluss über Größe und Anzahl der vorhanden Metallpartikel, so dass die Zusammenhänge bestimmter Muster auf die Leistung ermittelt werden können. Es müssen dann lediglich diejenigen Teile zurückgewiesen werden, die die Leistungsfähigkeit und Qualität tatsächlich beeinträchtigen.

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Kontaktieren Sie uns, um mehr über das Röntgenanalysegerät EA8000 zu erfahren und wie es Sie dabei unterstützen kann, die Leistung und Produktionsausbeute von LIB zu optimieren.

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Datum: 24 March 2021

Autor: Hitachi High-Tech Analytical Science

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