Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate nella nostra vita quotidiana per i loro vantaggi di pulizia, alta densità energetica e buone prestazioni di circolazione. Soprattutto negli ultimi anni, il rapido sviluppo di nuove auto a energia, centrali elettriche di stoccaggio di energia, l'uso di batterie agli ioni di litio supera l'immaginazione, un'auto a nuova energia ha integrato migliaia di batterie, fino a centinaia di chilogrammi, enormi quantità di batterie concentrate insieme, problemi di sicurezza sono particolarmente importanti. Negli ultimi anni, i veicoli elettrici a batteria di litio, le automobili e le centrali elettriche di stoccaggio di energia hanno avuto incidenti di esplosione, quindi la qualità delle batterie al litio, la sicurezza e altre ricerche sono sempre più importanti, la tecnologia di controllo della qualità delle batterie al litio ha anche presentato requisiti più elevati, che coprono i materiali positivi e negativi, la membrana, la foglia di rame, la foglia di alluminio e persino i materiali di imballaggio esterno.

Opbo e il gruppo sono impegnati a lungo tempo nel campo della microanalisi dell'ottica e dell'elettroscopia, attraverso lo scambio con un'ampia gamma di clienti, abbiamo scoperto che la microanalisi dei clienti attualmente è inefficiente, i fattori soggettivi umani hanno un grande impatto, non standardizzazione e altri problemi, per questo abbiamo fondato Huihong Technology Company, utilizzando il software intelligente per realizzare l'automazione e la standardizzazione della microanalisi.

Sistema di analisi microintelligente dei materiali delle batterie agli ioni di litio (LIBMAS)

La batteria agli ioni di litio si riferisce al composto incorporato agli ioni di litio come nome generale della batteria di materiale elettrodico, che dipende principalmente dagli ioni di litio che si muovono tra i poli positivi e negativi per lavorare. A causa di difetti nel processo di lavorazione dei materiali, la batteria al litio presenta ancora una certa probabilità di guasto durante l'uso o lo stoccaggio^[1]Ad esempio, gli elettrodi porosi si espandono e si contraggono durante la carica e la scarica, causando gradualmente crepe nelle particelle che si sviluppano e si espandono lungo i difetti originali, causando rotture meccaniche del materiale e la disgregazione della struttura dell'elettrodo, causando la polverizzazione del materiale dell'elettrodo. Il guasto di questi materiali riduce drasticamente le prestazioni di utilizzo delle batterie al litio, influenzando l'affidabilità e la sicurezza del loro utilizzo.

Figura 1: Sistema di analisi micrologica intelligente per batterie agli ioni di litio di Huihong

Per rispondere a vari problemi di guasto durante l'uso della batteria al litio, Huihong Smart Technology ha personalizzato il software esclusivo per soddisfare tutte le esigenze dei clienti, utilizzando tecnologia avanzata AI e tecnologia di elaborazione dell'immagine, può effettuare rapidamente e accuratamente l'identificazione della riunione monocristallina, l'identificazione della sfera rottura, il giudizio dell'uniformità della distribuzione delle particelle a sfera secondaria, le statistiche dei pori della sezione, le statistiche dei pori della membrana e altre analisi dei materiali della batteria al litio.

1) Identificazione:

Di solito, durante la preparazione di materiali tripolari positivi, viene utilizzato il metodo di co-precipitazione^[2]La riunione di una particella secondaria a livello nanometrico si accumula in particelle secondarie sferiche, ma questa struttura di accumulo è pronta a formare crepe che provocano un deterioramento delle prestazioni della batteria.

Figura 2: Software intelligente distingue palle divise e palle normali

Con HUIHONG LIBMAS, è possibile contare e calcolare rapidamente la percentuale di sfere di rottura per ottenere informazioni sulla rottura della sfera di rottura, migliorando così le condizioni di processo, come nella Figura II.
L'interno delle particelle positive è di solito una struttura policristallina formata da particelle sferiche secondarie, abbiamo messo da parte le particelle sferiche secondarie e abbiamo scoperto una grande quantità di crepe nella sezione delle particelle dopo la ricarica e la scarica cicliche, come nella Figura 3. Utilizzare LIBMAS per identificare i pori di sezione per ottenere rapidamente i risultati dei pori di sezione.

Figura 3: Riconoscimento dei porosi della sezione secondaria della sfera

2) Identificazione delle particelle:

Le particelle tripolari positivi richiedono di solito la sinterizzazione a ossigeno puro ad alta temperatura, e i prodotti tripolari sinterizzati generalmente hanno una tipica forma di riunione, cioè composta da una particella secondaria di circa poche centinaia di nanometri di dimensioni, tra pochi e più di una dozzina di micron di particelle secondarie sferiche. In passato, l'analisi statistica artificiale, dopo l'imaging SEM, è necessario misurare manualmente uno per uno, il carico di lavoro è grande e ci sono errori di misurazione artificiali; Utilizzando il software di analisi intelligente Huihong, è possibile operare con un solo clic, semplificare il processo e ottenere rapidamente risultati statistici standardizzati in breve tempo, come nella figura IV.

Figura 4: Riconoscimento delle particelle sferiche secondarie formate da una riunione di particelle

Le dimensioni delle particelle del materiale dell'elettrodo influenzano la capacità, le prestazioni di ingrandimento e le prestazioni di circolazione della batteria^[3]Le particelle di piccole dimensioni possono accorciare il percorso di diffusione della fase solida degli ioni di litio e le particelle porose interne possono fornire più canali di migrazione degli ioni di litio. Tuttavia, le dimensioni delle particelle troppo piccole possono causare una bassa efficienza e una bassa densità di riempimento di Köln, che influiscono sulla capacità complessiva della batteria. LIBMAS consente di identificare in modo efficiente le dimensioni delle particelle (lunghezza, larghezza, circonferenza, area, ecc.) e la distribuzione, come illustrato nella Figura V.

Figura 5: Il software distingue automaticamente le particelle di riunione e le sezioni di particelle di riunione

3) Identificazione delle particelle monocristalline:

Rispetto alle singole nanoparticelle, le particelle di raggruppamento hanno i vantaggi di dimensioni più piccole rispetto alla superficie, buona fluidità delle particelle, alta densità di compressione e migliore lavorabilità della pasta di elettrodo. Tuttavia, durante il processo di ricarica e scarica ripetute, gli elettrodi si espandono e si contraggono e le particelle interne si rompono facilmente. Rispetto ai materiali policristallini positivi che producono facilmente la schiacciatura delle particelle, molti studi^[4,5]Ha iniziato a partire dalla struttura cristallina stessa, per esplorare le proprietà del materiale monocristallino tripolare positivo, i risultati hanno dimostrato che il tripolare monocristallino ha una migliore resistenza meccanica, inibendo così la rottura delle particelle e una migliore stabilità termica nel ciclo ad alta temperatura. Questo tipo di ricerca richiede l'identificazione accurata delle particelle monocristalline e del loro tessuto interno, e LIBMAS può identificare automaticamente le particelle monocristalline con un contorno chiaro nelle particelle riunite e misurare e contare il loro diametro, come illustrato nella Figura VI.

Figura 6: Identificazione delle particelle monocristalline

4) Dimensione secondaria palla riconoscimento:

Inoltre, il LIBMAS può identificare con precisione tutte le grandi e piccole particelle a sfera secondaria sull'immagine e calcolare l'uniformità della distribuzione delle particelle grandi e piccole in base al giudizio dell'area. Come nella figura 7.

Figura 7: Riconoscimento e statistiche sulla distribuzione uniforme delle particelle a sfera secondaria di dimensioni

5) Statistiche sulla porosità della membrana:

La membrana della batteria al litio, come componente importante della batteria al litio, è un materiale funzionale polimerico con una struttura microporosa a nanoscala, la cui funzione principale è quella di impedire il cortocircuito durante il contatto dei poli, permettendo allo stesso tempo il passaggio degli ioni elettroliti. Gli studi correlati confermano^[6]Più l'apertura del microporo della membrana è distribuita uniformemente, più le prestazioni elettriche della batteria sono eccellenti.

La distribuzione dell'apertura è osservata principalmente con il microscopio elettronico a scansione (SEM), ma solo con l'occhio nudo, la caratterizzazione della porosità è errata e inefficace. Pertanto, per ottenere un'immagine più precisa della porosità del materiale, è necessario combinare il software di elaborazione dell'immagine con SEM per soddisfare le esigenze di distribuzione dei pori della membrana e della sua analisi quantitativa.

Figura 8: Identificazione dei porosi della membrana e statistiche della porosità

HUIHONG LIBMAS può ottenere rapidamente le informazioni sulla porosità della membrana, rilevare la porosità della membrana, il diametro del poro e il diametro della fibra e analizzare statisticamente, così da descrivere immaginalmente i dettagli strutturali della superficie della membrana e migliorare l'accuratezza della valutazione della porosità della membrana della batteria al litio, come nella Figura IX.

Sistema di analisi degli oggetti estranei per batterie agli ioni di litio (LIBIAS)

Attualmente, la classificazione dei metalli e degli oggetti estranei magnetici nei materiali dell'elettropolo di litio è composta da tre aspetti principali: grandi particelle metalliche e non metalliche, oggetti estranei magnetici, monomaterie Cu / Zn.^[7]. Gli oggetti estranei vengono introdotti nel modo in cui le materie prime vengono introdotte e prodotte durante il processo di fabbricazione. Al fine di controllare efficacemente il contenuto di oggetti estranei non metallici / metallici / magnetici nei materiali positivi e negativi delle batterie agli ioni di litio, in genere vengono utilizzate attrezzature e software professionali per la morfologia e le statistiche della composizione delle particelle estranee nelle materie prime dopo il primo setaggio. L'uso di occhiali ottici o metodi di misurazione manuali in passato nel settore, tuttavia, questi metodi di rilevamento tradizionali tendono ad essere più o meno carenti in termini di precisione, completezza e coerenza dei risultati dei dati, creando sfide relativamente grandi per la rilevazione di precisione. Attualmente, i principali problemi di rilevamento delle particelle estranee nei materiali delle batterie al litio sono: 1) le fonti di oggetti estranei sono ampie e difficili da rintracciare, 2) la quantità di dati è grande, richiede tempo e sforzo, 3) le particelle si riuniscono facilmente e sono molto difficili da identificare.

Figura 1: Immagine della stessa particella sotto il microscopio ottico (sinistra) e il microscopio elettronico (destra), rispettivamente, e il componente principale della particella di riconoscimento spettrale EDS è Fe

Figura 2: Distribuzione di tutte le particelle sul filtro sotto l'immagine dell'elettroscopio

Figura 3: La riunione delle particelle sul filtro

Per rispondere alle carenze del software tradizionale, la società Huihong Technologies, appartenente al gruppo Opel, ha sviluppato il "Sistema di analisi di oggetti estranei per batterie agli ioni di litio" (LIBIAS). Si tratta di un sistema di analisi della pulizia completamente automatizzato che combina funzionalità precise, efficienti e di facile utilizzo per l'acquisizione di immagini BSE ad alta definizione, l'elaborazione delle immagini, i test quantitativi degli elementi e altro. Comprende: 1) un programma di test facile da usare, 2) un sistema di modifica di librerie standard aperto e 3) la generazione di grafici di report corrispondenti con un solo clic.

Figura 4: Grafico a forma di torta (a sinistra), grafico statistico tridimensionale (a destra)

HUIHONG Smart Technology è un fornitore di soluzioni per applicazioni di analisi dell'immagine micro-intelligente nel settore industriale. Con la visione di "essere originali e guidare l'analisi industriale con le tecnologie dell'informazione", è possibile fornire agli utenti una soluzione di microanalisi intelligente per batterie al litio per tutto lo scenario. Il sistema di analisi microintelligente dei materiali delle batterie agli ioni di litio (LIBMAS) e il sistema di analisi degli oggetti estranei delle batterie agli ioni di litio (LIBIAS) sviluppati da Huihong Smart Technology combinano l'elettroscopia a scansione ad alta risoluzione con il software di analisi intelligente per risolvere la gamma completa di analisi relative alle batterie agli ioni di litio, dalle materie prime al litio, ai poli positivi e negativi, alle membrane, alla pulizia del litio, per aiutare i ricercatori a sviluppare prodotti elettrici al litio con prestazioni migliori.

Riferimenti:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progressi sull'analisi dei guasti della batteria al litio. Acta Phys. Il peccato. , 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.

[2] https://doi.org/10.1016/j.powtec.2009.12.002

[3] Yang Shaobin, Liang Zheng. Principio e applicazione del processo di fabbricazione delle batterie agli ioni di litio [M].

[4] https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abc3167.

[5] Xiaojianwei, Liu Liangbin, 符泽卫, ecc. LiNi monocristallino_xCo_eMn_1-x-yO₂Progressi della ricerca sui materiali a tre poli positivi[J]. Industria delle batterie, 2017, 21(2): 51-54.

[6] Mao Jieyong, Xu Hanliang. L'effetto della porosità della membrana delle batterie agli ioni di litio sulle prestazioni della batteria [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46(14): 78-80.

[7] Huisheng, Jianyongli, Lijiang. Studi sul controllo dei processi dei metalli e degli oggetti estranei magnetici dei materiali elettropositivi al litio [J].Metalli non ferrosi del mondo, 2021(17):166-168.