Bateriile de litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în viața noastră de zi cu zi datorită avantajelor lor de curățenie, densitate energetică ridicată și performanță de circulație bună. În special, în ultimii ani, dezvoltarea rapidă a autovehiculelor cu energie nouă și a centralelor de stocare a energiei, utilizarea bateriilor cu litiu-ion depășește imaginația, o nouă mașină cu energie integrată cu mii de baterii, până la câteva sute de kilograme, o cantitate imensă de baterii concentrate împreună, problemele de siguranță sunt deosebit de importante. În ultimii ani, autovehiculele electrice cu baterii de litiu, autovehiculele și centralele de stocare a avut loc un accident de explozie, prin urmare, calitatea bateriei de litiu, siguranța și alte cercetări sunt din ce în ce mai mult acordate atenției, tehnologia de inspecție a calității bateriei de litiu a pus, de asemenea, cerințe mai ridicate, care acoperă materiale pozitive și negative, membrane, folie de cupru, folie de aluminiu și chiar materiale de ambalaj exterior.

Opel și grupul se angajează pe termen lung în domeniul microanalizei optice și electroscopice, prin comunicarea cu o gamă largă de clienți, am descoperit că în prezent microanaliza clienților este ineficientă, factorii subiectivi umani au un impact mare, non-standardizare și alte probleme, din acest motiv am înființat Huihong Technology Company, utilizând software-ul inteligent pentru a realiza automatizarea și standardizarea microanalizei.

Sistemul de analiză microinteligentă a materialelor bateriilor Li-ion (LIBMAS)

Bateria de litiu-ion se referă la un compus încorporat de litiu-ion ca denumire generală a bateriei de electrod, care se bazează în principal pe mutarea ionilor de litiu între polii pozitivi și negativi pentru a lucra. Datorită defectelor în procesul de prelucrare a materialelor, bateriile de litiu vor apărea încă o anumită probabilitate de eroare în timpul utilizării sau stocării.^[1]De exemplu, electrozii poroși se extind și se contractă în timpul încărcării și descărcării, ceea ce duce la o fisură treptată a particulelor, care se dezvoltă și se extinde de-a lungul defectelor originale, ceea ce duce la ruperea mecanică a materialului și la descompunerea structurii electrozilor, ceea ce provoacă pulverizarea materialului electrodului. Defecțiunile acestor materiale reduc semnificativ performanța utilizării bateriilor de litiu, afectând fiabilitatea și siguranța utilizării lor.

Figura 1: Sistemul de analiză microinteligentă a bateriilor de litiu-ion Huihong

Pentru diverse probleme de defecțiune generate în timpul utilizării bateriei de litiu, Huihong Smart Technology a personalizat software-ul exclusiv pentru clienți, pentru a satisface toate nevoile clienților, prin utilizarea tehnologiei AI avansate și a tehnologiei de procesare a imaginilor, care pot realiza rapid și precis recunoașterea reuniunii monocristaline, recunoașterea bilelor fisurate, judecata uniformității distribuției particulelor de sferă secundare, statistica porilor de secțiune, statistica porilor de membrană și analiza materialelor bateriei de litiu.

1) Identificare:

De obicei, atunci când se pregătesc materiale tripolare pozitive, metoda de co-precipitare este utilizată.^[2]Reunirea particulelor primare la nivel nanometric se acumulează în particule secundare sferice, dar această structură de acumulare este ușor să formeze fisuri, ceea ce duce la deteriorarea performanței bateriei.

Figura 2: Software-ul inteligent distinge mingea fissurată de mingea obișnuită

Prin intermediul HUIHONG LIBMAS, se poate calcula rapid și se poate calcula proporția de crăpături, pentru a obține informații despre crăpăturile de crăpături, îmbunătățind astfel condițiile de proces, cum se vede în figura II.
Interiorul particulelor pozitive este, de obicei, o structură policristalină formată din particule sfetice secundare, am lăsat particulele sfetice secundare în afară și am descoperit că secțiunea particulelor după încărcarea și descărcarea circulară are o crepătură mare, așa cum este în figura 3. Utilizați LIBMAS pentru a identifica porii de secțiune pentru a obține rapid rezultatele de pori de secțiune.

Figura 3: Identificarea porilor secțiunii biliare secundare

2) Identificarea particulelor:

Particulele tripolare pozitive trebuie de obicei sinterizate la oxigen pur la temperaturi ridicate, iar produsele tripolare sinterizate au, de obicei, o formă tipică de regroupment, adică formate din particule unice cu dimensiuni de aproximativ câteva sute de nanometri, particule sfetice secundare între câteva și zeci de microni. Analiza statistică artificială utilizată în trecut, după imagini SEM, trebuie să fie măsurată manual câte o dată, sarcina de lucru este mare și există erori de măsurare umană; Folosind software-ul de analiză inteligentă Huihong, puteți face o operație cu un singur clic, pentru a simplifica procesul și pentru a obține rapid rezultate statistice standardizate într-un timp scurt, așa cum arată figura IV.

Figura 4: Identificarea particulelor sfetice secundare formate dintr-o singură reuniune a particulelor

Dimensiunea particulelor din materialul electrodului afectează capacitatea bateriei, performanța de mărire și performanța de circulație^[3]Particulele de dimensiuni mici pot scurta calea de difuzie a litiului-ion solid, iar particulele poroase interne pot oferi mai multe canale de migrare a litiului-ion. Cu toate acestea, dimensiunea prea mică a particulelor poate duce la eficiența și densitatea scăzută a încărcării Cullen, ceea ce afectează capacitatea bateriei globale. LIBMAS poate identifica eficient mărimea particulelor (lungime, lățime, perimetru, suprafață etc.) și distribuția, așa cum este în figura 5.

Figura 5: Software-ul distinge automat particulele reunite și secțiunile particulelor reunite

3) Identificarea particulelor monocristaline:

Comparativ cu nanoparticulele individuale, particulele de polimer au avantajele de dimensiune mai mică decât suprafața, fluiditate a particulelor mai bună, densitate înaltă de compactare și prelucrabilitate mai bună a pulpei de electrod. Cu toate acestea, în timpul încărcării și descărcării repetate a grupului, electrozii se extind și se contractă, iar particulele interne se sparg foarte ușor. Comparativ cu materialele polipolare pozitive care produc particule ușor de zdrobit, multe studii^[4,5]Deja a început de la structura cristalină în sine, pentru a explora performanțele materialului monocristalin tripolar pozitiv, rezultatele au arătat că tripolarul monocristalin are o rezistență mecanică mai bună, inhibând astfel spargerea particulelor și, de asemenea, o stabilitate termică mai bună în ceea ce privește ciclul la temperaturi ridicate. Astfel de cercetări necesită identificarea cu precizie a particulelor monocristaline și a țesăturii lor interioare, iar LIBMAS poate identifica automat particulele monocristaline cu conturi clare în particulele reunite și poate măsura și număra diametrul lor, după cum arată figura 6.

Figura 6: Identificarea particulelor monocristaline

4) Dimensiune de recunoaștere a mingii secundare:

În plus, HUIHONG LIBMAS poate identifica cu precizie toate particulele cu sfere secundare mari și mici din imagine și poate calcula uniformitatea distribuției particulelor mari și mici în funcție de judecata suprafeței. ca în figura 7.

Figura 7: Identificarea și statistica uniformității distribuției particulelor binare de dimensiune

5) Statistica porozității membranei:

Membrana bateriei de litiu, ca o componentă importantă a bateriei de litiu, este un material funcțional polimeric cu o structură microporoasă la scară nanometrică, funcția sa principală este de a împiedica scurtcircuitul prin contactul polilor, permițând în același timp trecerea ionilor de electrolit. Cercetările relevante confirmă^[6]Cu cât orificiul microporos al membranei este distribuit uniform, cu atât mai bune sunt performanțele electrice ale bateriei.

Distribuția orificiului este observată în principal prin microscop electronic de scanare (SEM), dar doar prin observarea imaginilor cu ochiul liber, caracterizarea porozității este greșită și ineficientă. Prin urmare, pentru a obține o imagine mai precisă a porozității materialului, este necesară combinarea software-ului de procesare a imaginilor cu SEM pentru a satisface nevoile de distribuție a porozității diafragmei și de analiză cantitativă a acesteia.

Figura 8: Identificarea porosității membranei și statistica porosității

HUIHONG LIBMAS poate obține rapid informații despre porozitatea diafragmei, detectarea porozității diafragmei, diametrul porozității și diametrul fibrei și analiza statistică, astfel încât să descrie detaliile structurale ale suprafeței diafragmei și să îmbunătățească precizia evaluării porozității diafragmei bateriei de litiu, așa cum este în figura IX.

Sistemul de analiză a materiilor străine pentru baterii Li-ion (LIBIAS)

În prezent, clasificarea metalelor și a obiectelor străine magnetice din materialele electropolilor de litiu are următoarele trei aspecte: particule mari metalice și nemetalice, obiecte străine magnetice, monomaterie Cu / Zn^[7]Obiectele străine sunt introduse în modul în care materiile prime sunt aduse și generate în timpul procesului de fabricație. Pentru a controla eficient conținutul de obiecte străine non-metalice / metalice / magnetice în materialul pozitiv negativ al bateriei de litiu-ion, în general, se folosesc echipamente și software profesionale pentru a analiza forma și compoziția particulelor străine din materiile prime după setarea inițială. Metodele optice sau de măsurare manuală au fost folosite în industrie, dar aceste metode de testare tradiționale tind să aibă mai mult sau mai puțin deficiențe în ceea ce privește acuratețea, cuprinsul și coerența rezultatelor, ceea ce provoacă mai multe provocări pentru detectarea precisă. În prezent, principalele probleme cu care se confruntă detectarea particulelor străine în materialele de baterii de litiu sunt: 1) surse extinse de obiecte străine, greu de urmărit, 2) cantitatea mare de date, care necesită timp și efort, 3) particulele sunt ușor de reunit și dificil de identificat.

Figura 1: Imaginea aceleiași particule sub microscopul optic (stânga) și microscopul electronic (dreapta), respectiv, și componenta principală a particulelor identificate prin spectrul EDS este Fe.

Figura 2: Distribuția tuturor particulelor pe membrana filtrată sub imaginea electroscopică

Figura 3: Reunirea particulelor pe membrana de filtru

Ca răspuns la deficiențele software-ului tradițional, Huawei Technologies a dezvoltat „Sistemul de analiză a obiectelor străine pentru baterii Li-ion” (LIBIAS). Acesta este un sistem complet automatizat de analiză a curățeniei cu caracteristici precise, eficiente și ușor de utilizat, care permite captarea imaginilor BSE de înaltă definiție și procesarea imaginilor, testarea cantitativă a elementelor și altele. Acestea includ: 1) un program de testare ușor de început, 2) un sistem de editare a bibliotecii standard deschis și 3) generarea unui grafic de raportare corespunzător cu un singur clic.

Figura 4: Tipul de particule în proporție cu graficul de pâine (stânga), graficul statistic tridimensional (dreapta)

Huihong Smart Technology este un furnizor de soluții pentru aplicații de analiză a imaginilor microinteligente în domeniul industrial. Cu viziunea de a "rămâne original și conduce analiza industrială cu tehnologia informației", putem oferi utilizatorilor soluții de microanaliză inteligentă pentru baterii de litiu cu scenariu complet. Sistemul de analiză microinteligentă a materialelor de baterii de litiu-ion (LIBMAS) și sistemul de analiză a obiectelor străine ale bateriilor de litiu-ion (LIBIAS) dezvoltate de Huihong Smart Technology, combină electroscopul de scanare de înaltă rezoluție cu software-ul de analiză inteligent pentru a rezolva analiza legată de bateriile de litiu-ion, de la materiile prime de litiu-ion, la polari pozitivi și negativi, membrane și curățenie electrică de litiu, ajutând cercetătorii să dezvolte produse electrice de litiu cu performanțe mai bune.

Referențe:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progrese în analiza defecțiunilor bateriei de litiu. Acta Phys. Păcatul. , 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.

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

[3] Ian, Liang. Principiul și aplicația procesului de fabricare a bateriilor litiu-ion [M].

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

[5] Xiaojianwei, Liu Liangbin, 符泽卫, etc. monocristalină LiNi_xCo_șiMn_1-x-yO₂Progresul cercetării materialelor tripolare pozitive[J]. Industria bateriilor, 2017, 21(2): 51-54.

[6] Mao Jiyong, Xu Hanliang. Efectul porozității membranei bateriilor de litiu-ion asupra performanței bateriei [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46(14): 78-80.

[7] Huisheng, Jianyongli, Li Jiang. Studiul controlului proceselor metalelor și a obiectelor străine magnetice din materialele de lithium-electrod [J].