29.01.2026 von Aileen Sammler
Identifizierung von Separator-Materialien in Batterien mittels TG-FT-IR
Beyond Peaks and Curves: Application Insights by NETZSCH and Bruker
Die monatliche Blogserie mit Bruker Optics – Teil 1: Kombinierte thermische Analyse und Gasanalytik für sichere Batteriematerialien
Wie NETZSCH und Bruker eine zuverlässige Materialidentifikation in Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen
Die Kombination aus Thermogravimetrie (TG) und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FT-IR) ist heute ein unverzichtbares Werkzeug in der modernen Materialcharakterisierung. Insbesondere in der polymerverarbeitenden Industrie, der chemischen Industrie, der Batterieforschung sowie im pharmazeutischen Bereich wird TG-FT-IR eingesetzt, um die Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).thermische Stabilität, das Zersetzungsverhalten und die chemische Natur der freigesetzten Gase während einer kontrollierten Aufheizung zu untersuchen.
Während die Thermogravimetrie präzise Massenänderungen in Abhängigkeit von Temperatur oder Zeit erfasst, erlaubt sie keine direkte Identifizierung der dabei entstehenden gasförmigen Komponenten. Diese Einschränkung wird durch die Kopplung mit einem FT-IR-System überwunden. Der daraus resultierende Ansatz wird als Emissionsgasanalyse (Evolved Gas Analysis, EGA) bezeichnet und ermöglicht eine deutlich weiterführende Interpretation thermischer Prozesse.
TG-FT-IR findet daher bei einer Vielzahl von Materialien Anwendung, darunter Polymere, Elastomere, Batteriekomponenten, pharmazeutische Substanzen sowie organische und anorganische Materialien. Die Kopplung liefert komplementäre Informationen, die mit rein thermoanalytischen Methoden allein nicht zugänglich sind.
Im ersten Artikel unserer monatlichen Blogserie in Zusammenarbeit mit Bruker Optics werden diese Möglichkeiten anhand eines Beispiels aus der Lithium-Ionen-Batterietechnologie vorgestellt.
Warum die Identifizierung von Separatoren entscheidend ist
Lithium-Ionen-Batterien basieren auf präzise ausgelegten Separator-Materialien, die Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität gewährleisten. Diese dünnen Polymermembranen trennen die Elektroden elektrisch, ermöglichen jedoch den Ionentransport. Bereits kleine Abweichungen in der Materialzusammensetzung können Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).thermische Stabilität, Benetzbarkeit oder das Sicherheitsverhalten unter Missbrauchsbedingungen beeinflussen.
Für Entwicklung, Produktion und Qualitätskontrolle ist eine zuverlässige Identifizierung von Separator-Materialien daher essenziell – insbesondere beim Vergleich von Lieferanten, bei Schadensanalysen oder der Wareneingangsprüfung.
Hier bietet die Thermogravimetrie gekoppelt mit FT-IR-Spektroskopie (TG-FT-IR) einen entscheidenden Mehrwert.
TG-FT-IR: Kombination von thermischer Analyse und Gasidentifikation
Bei der TG-FT-IR-Kopplung werden die während der Aufheizung freigesetzten Gase direkt aus der Thermowaage in ein Fourier-Transform-Infrarotspektrometer geleitet. Dort werden sie anhand ihrer charakteristischen IR-Absorptionsbanden identifiziert.
Diese Emissionsgasanalyse ermöglicht:
- die Identifizierung von Polymergrundmaterialien (z. B. Polyethylen oder Polypropylen)
- den Nachweis von Additiven, Weichmachern oder Prozessrückständen
- die eindeutige Unterscheidung mehrschichtiger oder beschichteter Separatoren
Anwendungsbeispiel: Separator-Identifikation in Lithium-Ionen-Batterien
In einer aktuellen Studie zeigt NETZSCH, wie TG-FT-IR zur Identifizierung unbekannter Separator-Materialien aus Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden kann.
Zum Einsatz kam eine NETZSCH Thermowaage, gekoppelt mit einem Bruker INVENIO FT-IR-Spektrometer. Während der kontrollierten Aufheizung wurden die Massenänderungen aufgezeichnet und gleichzeitig die freigesetzten Gase spektroskopisch analysiert.
Diese Kombination lieferte mit minimalem Aufwand einen komplementären Satz an Messdaten: Die mittels ATR-IR gemessenen Feststoffproben gaben bereits einen ersten Hinweis auf die Identität der Separatorfolie. Darüber hinaus lieferten die Ergebnisse aus TG-FT-IR und c-DTA® – wie Schmelzpunkt, thermische Stabilität und die identifizierten freigesetzten Gase – komplementäre Informationen für eine eindeutige Identifizierung des Separators.
Weiterlesen in der vollständigen Application Note
Dieser Blog gibt einen Überblick über die Möglichkeiten der Separator-Identifikation mittels TG-FT-IR.
Detaillierte Messbedingungen, Messkurven und Auswertungsschritte finden Sie in der vollständigen Application Note:
Mehrwert für die Batterieentwicklung und Qualitätssicherung
Die Kombination aus TG und FT-IR bietet entscheidende Vorteile für Batterieanwendungen:
- eindeutige Materialidentifikation von Separatoren
- verbesserte Sicherheitsbewertung durch Kenntnis der Zersetzungsprodukte
- Unterstützung bei Materialauswahl, Lieferantenvergleich und Reklamationsanalysen
- fundierte Datenbasis für Entwicklung und Produktion
Damit wird TG-FT-IR zu einem unverzichtbaren Werkzeug für alle, die Batteriematerialien nicht nur beschreiben, sondern wirklich verstehen wollen.
NETZSCH & Bruker: Über 30 Jahre gemeinsame EGA-Expertise
Die in dieser Studie eingesetzte Messtechnik steht beispielhaft für die langjährige Zusammenarbeit zwischen der NETZSCH-Gerätebau GmbH und Bruker Optics, die bereits 1993 begann.
Was mit ersten FT-IR-Kopplungen begann, hat sich über Jahrzehnte zu einer technologisch führenden Partnerschaft im Bereich der gekoppelten thermischen Analyse entwickelt.
Heute profitieren Anwender von:
- optimal abgestimmten TG-FT-IR-Schnittstellen
- reproduzierbaren Gastransport- und Messbedingungen
- einer nahtlosen Kombination aus thermischer Information und chemischer Identifikation
Im nächsten Blogartikel unserer Serie “Beyond Peaks and Curves: Application Insights by NETZSCH and Bruker” zeigen wir, wie sich Weichmacher in Sportartikeln und Spielzeugen mithilfe von TG-FT-IR zuverlässig nachweisen lassen – ein spannendes Beispiel aus der Polymeranalytik. Bleiben Sie dran!
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