Wasser in Lithiumionen-Batteriewerkstoffen 

Werkstoffe 07. 12. 2019
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– Zuverlässige und präzise Bestimmung durch Karl-Fischer-Titration

Lithiumionen-Batterien regen den ­aktuellen Megatrend zur Elektromobilität an. Eine der wichtigsten Anforderungen an Lithiumionen-Batterien ist, dass sie frei von Wasser sein müssen, da Wasser mit dem Leitsalz des Elektrolyten reagiert. Eine bewährte und zuverlässige Methode, um den Wassergehalt in der Elektrolytmatrix von Lithiumionen-Batterien direkt zu messen, ist die coulometrische Karl-Fischer-Titration.

Alle Batterien bestehen aus einer Anode und einer Kathode, einem Separator sowie einem Elektrolyten. Die elektrische Leitfähigkeit zwischen Anode und Kathode wird durch den Elektrolyten hergestellt. Im ­Allgemeinen werden für solche Elektrolyte Mischungen aus wasserfreien, aprotischen Lösungsmitteln und Lithiumsalzen gewählt. Wenn ­jedoch Wasser im Elektrolyten vorhanden ist, rea­giert er mit dem Leitsalz, zum Beispiel LiPF6. Dies führt zur Bildung von hochtoxischer Flusssäure.

Der Wassergehalt mehrerer Materialien, die in Lithiumionen-Batterien verwendet werden, kann durch coulometrische Karl-Fischer-Titration zuverlässig und präzise bestimmt werden. Das Metrohm Application Bulletin 434 beschreibt die Bestimmung des Wassergehalts in den folgenden Materialien:

  • Rohstoffe für die Herstellung von Lithium­ionen-Batterien (z. B. Lösungsmittel für Elektrolyte, Ruß/Graphit)
  • Elektrodenbeschichtungspräparate (Slurry) für die Anoden- und Kathodenbeschichtung
  • beschichtete Anoden- und Kathodenfolien sowie Separatorfolien und Verbundwerkstoffe
  • Elektrolyte für Lithiumionen-Batterien

(Bildquelle: Deutsche Metrohm)

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