Eine Lithium-Ionen-Elektrode besteht überwiegend aus Aktivmaterial, also den Partikeln, die Lithium speichern, zusammengehalten von einem Binder. Die meisten Aktivmaterialien leiten Strom allein nicht gut, deshalb geben Elektrodenhersteller eine kleine Menge Leitadditiv zu, das den Elektronen hilft, sich zwischen den Partikeln und dem Stromableiter zu bewegen. Kohlenstoffbasierte Leitadditive sind Standard. Graphen wird als Leitadditiv untersucht, weil dünne, flexible Schichten viele Partikel gleichzeitig verbinden können. Dieser Artikel erklärt die Idee, die praktischen Fragen und wie F&E-Teams unser Graphen-Batterieadditiv (Graphene Battery Additive) bewerten können.
Was ein Leitadditiv bewirkt
Stellen Sie sich eine Elektrode als dicht gepacktes Partikelbett vor. Die Elektronen brauchen einen durchgehenden Weg von jedem Partikel bis zur Metallfolie. Leitadditive bilden dieses Netzwerk. Gängige Optionen sind Ruß und Kohlenstoffnanoröhren. Sie unterscheiden sich in der Form: Ruß besteht aus winzigen, nahezu kugelförmigen Partikeln, die sich punktuell berühren, Nanoröhren sind lange Fasern, und Graphen ist eine flache Schicht.
Der Reiz einer Schicht ist die Abdeckung. Ein dünnes, flexibles Graphenplättchen kann sich über mehrere Partikel legen und entlang einer Linie oder Fläche Kontakt herstellen, nicht nur an einem Punkt. Begutachtete Arbeiten, zum Beispiel dieser Artikel in ACS Applied Energy Materials und neuere Übersichten wie diese Übersicht in ChemNanoMat, diskutieren, wie Graphen und verwandte Materialien in leitfähigen Netzwerken eingesetzt werden und welche Zielkonflikte dabei entstehen.
Die Zielkonflikte
- Dispergierung: Graphen, das sich im Slurry wieder stapelt oder verklumpt, bildet Inseln statt eines Netzwerks. Die Dispersionsqualität macht oft den Unterschied zwischen einem guten und einem schlechten Ergebnis.
- Ionentransport: Flache Schichten können, wenn sie falsch ausgerichtet sind oder bei hohen Füllgraden, Lithiumionen auf ihrem Weg durch die Elektrode behindern. Füllgrad und Morphologie sind entscheidend.
- Slurry-Verhalten: Jedes neue Additiv kann die Viskosität des Slurrys und die Beschichtungsqualität verändern.
- Chemische Passung: Die Ergebnisse unterscheiden sich zwischen Kathoden, Anoden und Zellformaten.
Aus diesen Gründen behandeln wir unser Batterieadditiv als Entwicklungsmaterial und machen keine Aussagen zu Kapazität, Zyklenlebensdauer oder Ladeverhalten.
Was unser Additiv ist
- Träger: Graphen, vordispergiert in einem Wasser- oder Lösungsmittelträger, abgestimmt auf Ihren Slurry-Prozess, zum Beispiel wasserbasierte Anoden-Slurries oder lösungsmittelbasierte Kathoden-Slurries.
- Anwender: F&E-Teams und Pilotlinien, die an Lithium-Ionen- und anderen Batteriechemien arbeiten.
- Dosierung: 1 % bis 7 % nach Gewicht, je nach Anwendung, mit einem empfohlenen Ausgangspunkt für jeden Versuch.
- Gebinde: 32-fl-oz-Flaschen für Laborarbeiten und 1-Gallonen-Kanister für Pilotläufe.
- Status: zum Patent angemeldet (patent pending), hergestellt in den USA in Charlotte, NC, ohne Ruß, nie als Pulver verkauft.
Da es vordispergiert ankommt, fügt sich das Additiv wie jede andere flüssige Komponente in den Slurry-Mischschritt ein. Im Labor muss kein trockenes Nanomaterial abgewogen oder gehandhabt werden.
So setzen Sie einen fairen Elektrodenversuch auf
- Legen Sie ein Referenzrezept fest. Dasselbe Aktivmaterial, derselbe Binder, dasselbe Lösungsmittel, derselbe Feststoffgehalt und dasselbe Leitadditiv wie heute. Dokumentieren Sie Mischreihenfolge und -zeiten.
- Entscheiden Sie, was Sie testen. Graphen als teilweiser Ersatz für Ihr aktuelles Leitadditiv oder als Ergänzung dazu. Das sind unterschiedliche Experimente.
- Berücksichtigen Sie den Träger. Unser Additiv bringt Flüssigkeit mit. Passen Sie das zugegebene Lösungsmittel oder Wasser an, damit der Feststoffgehalt der Referenz entspricht.
- Prüfen Sie den Slurry. Viskosität, Aussehen und Anzeichen von Absetzen oder Agglomeraten vor dem Beschichten.
- Beschichten, trocknen und kalandrieren Sie gleich. Messen Sie Flächengewicht, Dicke und Dichte, damit Sie Gleiches mit Gleichem vergleichen.
- Messen Sie die Elektrode. Flächenwiderstand oder Widerstand durch die Schichtdicke sowie die Haftung auf der Folie.
- Bauen und testen Sie Zellen. Ratenfähigkeit, Impedanz und Zyklisierung nach Ihrem Standardprotokoll, mit genügend Zellen pro Gruppe, um echte Unterschiede zu erkennen.
Der Elektrodenwiderstand ist oft das schnellste Signal dafür, ob sich das leitfähige Netzwerk verändert hat. Zellergebnisse dauern länger und brauchen Statistik, bauen Sie also genügend Zellen.
Was wir nicht behaupten
Wir veröffentlichen für unser Batterieadditiv keine Aussagen zu Kapazität, Zyklenlebensdauer, Energiedichte oder Schnellladung, und wir haben keine Kundenfallstudien, die wir teilen könnten. Batteriearbeit ist sorgfältige Arbeit. Die Zellen, die Sie bauen, und die Daten, die Sie erheben, sind der Beleg.
„Niemand sollte sich auf das Wort eines Lieferanten verlassen, was in einer Zelle passiert. Wir liefern die Dispersion; das F&E-Team baut die Zellen.“ — Frans Alkemade
Handhabung im Labor
Schütteln Sie die Flasche, bevor Sie eine Probe entnehmen, wiegen Sie Zugaben ab, statt sie nach Volumen zu messen, und tragen Sie die Chargennummer in Ihr Elektroden-Bauprotokoll ein. Halten Sie den Behälter geschlossen, damit der Träger nicht verdunstet und den Feststoffgehalt zwischen den Ansätzen verändert.
Weiterführende Artikel
Siehe unseren Leitfaden zur Wahl eines Dispersionsträgers und Graphen in der Elektronik.
Lesen Sie die Pressemitteilung zum Batterieadditiv, besuchen Sie die Seite Energiespeicherung mit Graphen oder fordern Sie ein Angebot und Labormuster an.
Häufige Fragen
Warum wird Graphen als Leitadditiv verwendet?
Dünne, flexible Graphenschichten können viele Aktivpartikel gleichzeitig verbinden und helfen so den Elektronen, sich durch die Elektrode zu bewegen. Dispergierung und Füllgrad entscheiden, wie gut das funktioniert.
Ist das Graphen-Batterieadditiv ein Pulver?
Nein. Es ist in einem Wasser- oder Lösungsmittelträger vordispergiert, der auf Ihren Slurry-Prozess abgestimmt ist.
Veröffentlichen Sie Kapazitäts- oder Zyklenergebnisse?
Nein. Es ist ein Entwicklungsmaterial, und jedes Ergebnis wird gegen die aktuelle Elektrode des Kunden gemessen.
Wie viel gebe ich zu?
1 % bis 7 % nach Gewicht, je nach Anwendung. Passen Sie das zugegebene Lösungsmittel oder Wasser an, damit der Feststoffgehalt des Slurrys Ihrer Referenz entspricht.
Angebot, Muster oder technisches Datenblatt anfordern
Nennen Sie uns Ihr Material, die Eigenschaft, die Sie verbessern möchten, den verwendeten Träger (Wasser, Lösungsmittel, Harz oder Öl) und Ihre Mengen. Preise und Muster erhalten Sie nur auf Anfrage. Rufen Sie an unter 704-659-3682 oder fordern Sie ein Angebot, Muster oder ein technisches Datenblatt / SDB an.
