HIOKI RM2610

Artikel-Nummer: HIO-RM2610

Messsystem für Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien

Messsystem zur präzisen Ermittlung des Volumenwiderstands der Elektrodenbeschichtung sowie des Übergangswiderstands zwischen Beschichtung und Aluminium- oder KupferAbleiterfolie von Lithium-Ionen-Batterien in einem einzigen Messschritt

Das HIOKI RM2610 Messsystem zur Elektrodenwiderstandsmessung ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Entwickler von Lithium-Ionen-Batterien (LiB) sowie für Qualitätssicherungsteams in der Fertigung von Elektroden. Entwicklern ermöglicht es nicht nur ein tieferes Verständnis über Materialeigenschaften während des Forschungs- und Entwicklungsprozesses, sondern beschleunigt auch den Batterie-Designprozess, indem es frühzeitig bewertet, ob ein Zellendesign vielversprechend genug ist, um weiterverfolgt zu werden. In der Produktion stellt das RM2610 eine gleichbleibend hohe Qualität sicher, indem es zuverlässig Abweichungen in den Eigenschaften der Elektroden erkennt. Durch die frühzeitige Erkennung solcher Abweichungen lassen sich fehlerhafte Zellen minimieren, Materialverluste reduzieren und hohe Produktionsausbeuten gewährleisten.

Das RM2610 bestimmt zwei zentrale elektrische Eigenschaften von Elektroden in einem einzigen Messzyklus: den Volumenwiderstand der Elektrodenbeschichtung (Ω·cm) sowie den Übergangswiderstand (Ω·cm²) zwischen der Beschichtung und der Ableiterfolie, die entweder aus Aluminium oder Kupfer besteht. Diese beiden Parameter werden mithilfe einer inversen numerischen Analyse präzise voneinander getrennt – was bislang aufgrund des komplexen Mehrschichtaufbaus der Elektroden kaum möglich war.

Das Messsystem besteht aus mehreren Komponenten: Das Elektrodenwiderstandsmessgerät RM2611 misst DC-Widerstände mittels der 4-LeiterMethode und bietet durch einen integrierten Multiplexer schnelle Scans mehrerer Messpunkte. Zusätzlich ermöglicht es mithilfe des Temperatursensors Z2001 die Erfassung der Umgebungstemperatur. Gesteuert wird das gesamte System über die auf einem Windows-PC oder -Notebook installierte Widerstandsberechnungs-Software RM2612, die anhand numerischer Analyseverfahren die exakten Widerstandswerte berechnet. Der notwendige PC ist dabei nicht Teil des Systems und wird vom Anwender bereitgestellt. Die Andruckeinheit RM9003 sorgt für die präzise Positionierung des Messkopfs RM9004, der 46 ultrafeine Prüfspitzen enthält, die mit der Elektrodenoberfläche in Kontakt treten. Diese Prüfspitzen sind angewinkelt, um Beschädigungen bei der Messung zu minimieren. Abgerundet wird das System durch das Multikern-Signalkabel RM9005, das das Messgerät mit dem Messkopf verbindet.

Der Messvorgang beginnt, indem die 46 Prüfspitzen die Elektrodenoberfläche kontaktieren. Anschließend wird zwischen zwei ausgewählten Prüfspitzen ein Strom angelegt, wodurch sich eine dreidimensionale Potenzialverteilung in der Elektrode ausbildet. Diese Potenzialverteilung wird erfasst und aus Messungen in verschiedenen Richtungen gemittelt, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anschließend wird ein rechnerisches Modell der Elektrode erstellt, bei dem bekannte Parameter wie Dicke und Widerstand der Ableiterfolie mit unbekannten Größen wie dem Volumenwiderstand der Beschichtung und dem Übergangswiderstand kombiniert werden. Die RM2612-Software verwendet die FiniteVolumen-Methode (FVM), um die Potenzialverteilung auf Basis der anfänglichen Schätzwerte zu berechnen. Die gemessenen und berechneten Potenziale werden verglichen, und das System passt die Widerstandswerte iterativ an, bis beide übereinstimmen. Dieser Prozess stellt sicher, dass die endgültigen Werte die tatsächlichen Widerstandseigenschaften der Elektrode korrekt widerspiegeln.

Für zuverlässige Ergebnisse verfügt das RM2610 zusätzlich über eine Auto-Range-Funktion, die den optimalen Messbereich automatisch einstellt. Eine integrierte Kontaktprüffunktion prüft dabei kontinuierlich, ob alle Prüfspitzen korrekten elektrischen Kontakt zur Elektrode haben. Zur Sicherstellung der Prüfspitzen-Integrität ist außerdem eine separate Inspektionsfunktion integriert, die mit einer speziellen Prüfplatine Kurzschlüsse und Unterbrechungen in den Prüfspitzen erkennt und so die Messintegrität sicherstellt. Wartungsarbeiten wie das Reinigen der Prüfspitzen werden durch eine Kippvorrichtung am Messkopf erleichtert. Die Software stellt zudem Indikatoren wie Konsistenz, Fehlerquote und Variationskoeffizient bereit, um die Messzuverlässigkeit zu überwachen.

Durch die präzise separate Bestimmung von Volumenwiderstand und Übergangswiderstand liefert das RM2610 klare, verlässliche Kennwerte zur Beurteilung der Elektrodenqualität. Entwickler können so schneller entscheiden, ob ein Zellendesign Potenzial für die weitere Entwicklung bietet, und Hersteller erhalten zuverlässige Daten zur Sicherstellung einer konstant hohen Produktqualität. Damit unterstützt das RM2610 effektiv die Optimierung von Materialien und Produktionsprozessen – unverzichtbar, um den wachsenden Anforderungen aus Elektromobilität, Unterhaltungselektronik und erneuerbaren Energien gerecht zu werden.

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