Warum eine genaue Taupunktmessung entscheidend zur Optimierung der Kathodentrocknung und der Batteriezellenleistung ist

Die Kathode ist ein wesentliches Element in wiederaufladbaren Lithiumbatterien. Bei unsachgemäßer Handhabung kann die Trocknung der Kathode einer der kostspieligsten Prozesse bei der Batterieherstellung sein. Wenn Sie ein nachhaltigeres, kostengünstigeres und sichereres Endprodukt erhalten möchten, ist die Optimierung des Trocknungsprozesses unerlässlich. 

Herstellung wiederaufladbarer Batterien 

Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen sind Anode, Kathode und Elektrolyt die Hauptkomponenten. Der Prozess beginnt mit der Fertigung der Elektroden (Anode und Kathode). Die Elektrodenherstellung umfasst einen Trocknungsschritt, bei dem ein Lösemittel verdampft wird, um eine trockene, poröse Elektrode zu erzeugen – die für die Leistung der Batterie entscheidend ist. 

Der Prozess wird mit einem Schneideschritt fortgesetzt, in dem die Elektroden in die erforderliche Form geschnitten werden. Die Anoden und Kathoden werden dann in Stapeln oder Rollen angeordnet. Diese Baugruppen befinden sich in einem mit Elektrolyt gefüllten Behälter, wobei die Kathoden mit dem Pluspol und die Anoden mit dem Minuspol verbunden sind. Abschließend wird die Einheit abgedichtet.

Warum Feuchtigkeit bei Batterietrocknung wichtig ist

Kathodenmaterialien und alle Vorgänge in Trockenräumen sind äußerst feuchtigkeitsempfindlich. Dies bedeutet, dass die Trocknungsphase entscheidend ist, da selbst eine winzige Menge Restfeuchtigkeit die Qualität und Wirksamkeit des Endprodukts beeinträchtigen kann. 

Das Trocknen erfolgt durch Einführen des Elektrodenblatts in eine Trocknungsmaschine, in der die Temperaturen 160 °C oder mehr erreichen können. Es gibt mehrere Trocknungsschritte mit unterschiedlichen Temperaturen und Prozessbedingungen. Die Verarbeitungsbedingungen enden in ultratrockenen und sehr heißen Umgebungen mit gefährlichen Chemikalien. 

Inkonsistenzen bei der Herstellung der Elektrodenschichten können sich erheblich negativ auf die Leistung auswirken und zu einer Verringerung der Batteriekapazität insgesamt oder einer mit der Zeit einsetzenden Kapazitätsverringerung führen. Durch das Trocknen werden außerdem Dicke und Porosität der Elektroden beeinflusst, was sich ebenfalls auf die Batteriekapazität auswirkt. 

Nutzen der Taupunktmessung 

Durch die Montage geeigneter Messinstrumente an strategischen Positionen entlang der Produktionsanlage kann der Trocknungsprozess so effizient wie möglich gestaltet werden. So lassen sich Energieeinsparungen und Ertragssteigerungen erzielen. Darüber hinaus ist das Endprodukt sicherer und von gleichbleibenderer Qualität.
Unter diesen anspruchsvollen Bedingungen sind Taupunktmesssonden eine hervorragende Möglichkeit zur Prozesssteuerung. Dies liegt daran, dass der Taupunkt nicht von der Temperatur beeinflusst wird und er die Feuchtigkeitsmenge direkt in der Luft misst. Die Messung ist gleichbleibend und zuverlässig, was eine Grundvoraussetzung für jede Prozesssteuerungseinrichtung bildet. 

Vaisala DRYCAP® hervorragend für Batterien geeignet

Vaisala DRYCAP Sonden können an verschiedenen Stellen im Trocknungsprozess eingesetzt werden. Auch wenn die Betriebsumgebung an diesen Stellen völlig unterschiedlich sein kann, sind die Ergebnisse der Vaisala Sonden präzise und vergleichbar. 

Vaisala Technologie basiert auf zwei Innovationen. Die erste ist ein kapazitiver Dünnfilm-Polymersensor. Der Sensor nimmt entsprechend der wechselnden Feuchte in der Umgebung Wasserdampf auf oder gibt ihn wieder ab. Die dielektrischen Eigenschaften des Polymers ändern sich, wenn sich die Feuchte um den Sensor herum ändert. Gleiches gilt für die Kapazität des Sensors. Das bedeutet, dass der Sensor auch bei geringer Feuchte genaue Messungen durchführen kann. Das Messgerät verfügt außerdem über einen Temperatursensor, der den Taupunkt aus einer Kombination der Feuchte- und Temperaturwerte berechnet. 

Das zweite wichtige Merkmal von DRYCAP ist die automatische Kalibrierfunktion von Vaisala, die genaue Langzeitmessungen gewährleistet. Der Sensor wird während der automatischen Kalibrierung erwärmt. Während der Sensor abkühlt, überwacht das Gerät anschließend die Feuchte- und Temperaturwerte, wobei die Offsetkorrektur mögliche Abweichungen ausgleicht. Auf diese Weise liefert der DRYCAP Sensor auch langfristig genaue Messwerte, was den regelmäßigen Wartungsbedarf reduziert.
 

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