Lithium-ion batterijen worden veel gebruikt in ons dagelijks leven vanwege hun schoonheid, hoge energiedichtheid en goede cyclische prestaties. In het bijzonder in de afgelopen jaren, de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen, energieopslagcentrales, het gebruik van lithium-ion batterijen overtreft de verbeelding, een nieuwe energievoertuig geïntegreerd duizenden batterijen, tot een paar honderden kilo, enorme hoeveelheden batterijen geconcentreerd, veiligheidsproblemen zijn vooral belangrijk. De afgelopen jaren hebben elektrische voertuigen met lithiumbatterijen, auto's en energieopslagcentrales ontploffingsongelukken gehad, dus wordt steeds meer aandacht besteed aan onderzoek naar de kwaliteit en veiligheid van lithiumbatterijen, en de kwaliteitscontroletechnologie van lithiumbatterijen heeft ook hogere eisen gesteld, die positieve en negatieve polmateriaal, diafragma, koperfolie, aluminiumfolie en zelfs verpakkingsmaterialen omvatten.

Opbo en de groep zijn langdurig betrokken bij het microanalysewerk op het gebied van optische en elektroscopische beelden, door de uitwisseling met een breed scala aan klanten, hebben we ontdekt dat de microanalyse van klanten nu inefficiënt is, de invloed van menselijke subjectieve factoren groot is, niet-standaardisering en andere problemen, daarom hebben we Huihong Technology Company opgericht om de automatisering en standaardisering van microanalyse te realiseren met behulp van intelligente software.

Lithium-ion batterijmateriaal microintelligente analyse systeem (LIBMAS)

Lithium-ion batterij verwijst naar de algemene naam van de batterij met lithium-ion ingebedde verbindingen als elektrodemateriaal, die voornamelijk afhankelijk is van het bewegen van lithium-ion tussen positieve en negatieve polen om te werken. Vanwege gebreken in het materiaalverwerkingsproces, zal de lithiumbatterij nog steeds een bepaalde kans op mislukking tijdens het gebruik of opslag ervaren.^[1]Bijvoorbeeld, de poreuze elektrode tijdens het laden en ontladen van het volume uitbreiden en krimpen, wat leidt tot geleidelijke scheuren van deeltjes, die ontstaan ​​en uitbreiden langs de oorspronkelijke gebreken, wat leidt tot mechanische breuk van het materiaal en elektrode structuur ontbinding, waardoor elektrode materiaal poeder. Het mislukken van deze materialen vermindert de prestaties van lithiumbatterijen ernstig en beïnvloedt de betrouwbaarheid en veiligheid van hun gebruik.

Figuur 1: Huihong lithium-ion batterij micro intelligente analyse systeem

Voor verschillende fouten die ontstaan ​​tijdens het gebruik van lithiumbatterijen, heeft Huihong Smart Technology exclusieve software aangepast voor klanten om aan alle behoeften van klanten te voldoen, met behulp van geavanceerde AI-technologie en beeldverwerkingstechnologie, die snel en nauwkeurig kan worden uitgevoerd voor de herkenning van de eenkristallige hereniging, de herkenning van de scheuren van de ballen, de beoordeling van de uniformiteit van de verdeling van de secundaire ballen, de statistieken van de doorsneedporen en de statistieken van de diafragma-poren.

1) Identificatie:

Meestal bij de voorbereiding van drieledig positief materiaal wordt de co-precipitatiemethode toegepast^[2]Het maakt het nanoscale eenmalige deeltjesreunie stapelen in sferische secundaire deeltjes, maar deze stapelstructuur is gemakkelijk om scheuren te vormen, wat leidt tot een vermindering van de prestaties van de batterij.

Figuur 2: Software maakt intelligent onderscheid tussen gespleten en gewone ballen

Met HUIHONG LIBMAS, kan snel statistieken en berekenen van de fracture bal aandeel, het verkrijgen van fracture bal scheuren informatie, waardoor het verbeteren van de procesomstandigheden, zoals in figuur II.
Positieve deeltjes binnenin zijn meestal polykristalline structuren gevormd door secundaire bollige deeltjes, we zetten de secundaire bollige deeltjes weg en vonden een groot aantal scheuren in de deeltjessectie na de cyclische lading en ontlading, zoals in Figuur 3. Gebruik LIBMAS om doorsneedporen te identificeren en snel doorsneedporenresultaten te verkrijgen.

Figuur 3: Herkenning van de poriën van de tweede bal doorsnede

2) Identificatie van deeltjes:

Positieve tripole deeltjes moeten meestal worden gesinterd onder zuivere zuurstof bij hoge temperaturen, en de gesinterde tripole producten hebben over het algemeen een typische samenstellingsvorm, dat wil zeggen, bestaande uit een deeltje met een deeltjesgrootte van ongeveer een paar honderd nanometer, tussen een paar en een dozijn micron. Het gebruik van kunstmatige statistische analyses in het verleden, na SEM-beeldvorming, moet handmatig afzonderlijk worden gemeten, de werklast is groot, en er zijn fouten in de menselijke meting; Met behulp van de intelligente analysesoftware van Huihong kunt u het proces vereenvoudigen met één klik en snel gestandaardiseerde statistische resultaten verkrijgen in korte tijd, zoals in figuur 4.

Figuur 4: De herkenning van een tweede bola deeltjes gevormd door een deeltjesrefusie

De deeltjesgrootte van het elektrodemateriaal beïnvloedt de capaciteit, de vergrotingsprestaties en de cyclische prestaties van de batterij^[3]. Kleine grootte deeltjes kunnen het pad van lithium-ion vaste fase diffusie verkorten, en interne poreuze deeltjes kunnen meer lithium-ion migratiekanalen bieden. Maar een te kleine deeltjesgrootte kan leiden tot een lage efficiëntie van Cullen en vuldichtheid, wat de totale capaciteit van de batterij beïnvloedt. Met HUIHONG LIBMAS kan de deeltjesgrootte (lengte, breedte, omtrek, oppervlakte enz.) en de verdeling efficiënt worden geïdentificeerd, zoals in figuur V.

Figuur 5: Software maakt automatisch onderscheid tussen samengevoegde deeltjes en samengevoegde deeltjes

3) Identificatie van eenkristallige deeltjes:

In vergelijking met afzonderlijke nanodeeltjes, hebben de samengestelde deeltjes de voordelen van kleinere oppervlakte, betere deeltjes mobiliteit, hoge compactie dichtheid en betere verwerkbaarheid van elektrode pulp. Tijdens het herhaaldelijke opladen en ontladen van het agglomeraat worden de elektroden echter voortdurend uitgebreid en gekrimpt, waardoor de interne deeltjes zeer gemakkelijk breken. In vergelijking met polykristalline positieve materialen die gemakkelijk zijn om deeltjes te verpletteren, hebben veel studies^[4,5]Het is begonnen met het onderzoeken van de eigenschappen van het monokristalline tripole positieve materiaal vanuit de kristalstructuur zelf, en de resultaten hebben aangetoond dat het monokristalline tripole een betere mechanische sterkte heeft, waardoor het breken van deeltjes wordt onderdrukt en ook een betere thermische stabiliteit heeft in de hoge temperatuurcyclus. Dergelijk onderzoek vereist het nauwkeurig identificeren van monokristalline deeltjes en hun interne stof, en HUIHONG TECHNOLOGY LIBMAS kan automatisch identificeren van monokristalline deeltjes met een duidelijk profiel in de samengevoegde deeltjes en meten en statistieken van hun diameter, zoals in figuur 6.

Figuur 6: Identificatie van eenkristallige deeltjes

4) Grootte tweede bal herkenning:

Bovendien kan HUIHONG LIBMAS ook alle grote en kleine secundaire boldeeltjes op het beeld nauwkeurig identificeren en de uniformiteit van de verdeling van grote en kleine deeltjes berekenen op basis van de beoordeling van het oppervlak. Zoals figuur 7.

Figuur 7: Grootte binaire bal deeltjes verdeling uniformiteit herkenning en statistieken

5) Membraan porositeit statistieken:

Het lithiumbatterijdiafragma als een belangrijk onderdeel van lithiumbatterijen is een polymer functioneel materiaal met een microporeuze structuur op nanoschaal, waarvan de belangrijkste functie is om kortsluitingen te voorkomen tijdens het contact met de polen en tegelijkertijd elektrolyten door te laten. Relevant onderzoek bevestigt^[6]Hoe gelijkmatiger de microporen van het diafragma zijn verdeeld, hoe beter de elektrische prestaties van de batterij zijn.

De verdeling van de apertuur wordt voornamelijk waargenomen met behulp van scannelektronenmicroscoop (SEM), maar alleen met het blote oog waargenomen beelden, de karakterisatie van de porositeit is bepaalde fouten en inefficiëntie. Om een ​​nauwkeuriger beeld van de porositeit van het materiaal te verkrijgen, is het dus nodig om beeldverwerkingssoftware te combineren met SEM om de behoeften van de diafragmaporosverdeling en de kwantitatieve analyse ervan te bereiken.

Figuur 8: Identificatie van diafragmaporen en statistieken van de porositeit

HUIHONG LIBMAS kan snel verkrijgen van de diafragma porositeit informatie, detecteren diafragma porositeit, porositeit diameter en vezeldiameter en statistische analyse, waardoor beeldelijk beschrijven van de structurele details van het diafragma oppervlak, verbeteren van de nauwkeurigheid van de lithium-batterij diafragma porositeit beoordeling, zoals figuur 9.

Analysesysteem voor vreemde stoffen voor lithium-ionbatterijen (LIBIAS)

De huidige industrie van de classificatie van metalen en magnetische vreemde stoffen in lithium elektrode materiaal heeft de volgende drie aspecten: metalen en niet-metalen grote deeltjes, magnetische vreemde stoffen, Cu / Zn monomer^[7]De manier waarop vreemde stoffen worden geïntroduceerd is dat grondstoffen worden ingevoerd en geproduceerd tijdens het productieproces. Om het gehalte aan niet-metaal / metaal / magnetisch vreemd materiaal in het positieve en negatieve materiaal van lithium-ion-batterijen effectief te controleren, wordt over het algemeen gebruik gemaakt van professionele apparatuur en software voor de vorm en samenstellingsstatistiek van vreemde deeltjes in de grondstoffen na het eerste zeven. Optische of handmatige meetmethoden werden eerder gebruikt in de industrie, maar deze traditionele meetmethoden hebben vaak min of meer gebreken aan nauwkeurigheid, volledigheid en consistentie van de gegevens, waardoor nauwkeurige detectie grotere uitdagingen oplevert. Op dit moment zijn de belangrijkste problemen waarmee de detectie van vreemde deeltjes in lithiumbatterijmateriaal wordt geconfronteerd: 1) een brede bron van vreemde stoffen, moeilijk te traceren, 2) een grote hoeveelheid gegevens, tijd en moeite kosten, 3) de deeltjes zijn gemakkelijk te herenigen en moeilijk te identificeren.

Figuur 1: Afbeelding van hetzelfde deeltje onder de optische microscoop (links) en de elektronenmicroscoop (rechts) respectievelijk en het hoofdbestanddeel van de EDS-spectrale herkenning van deeltjes is Fe

Figuur 2: Distributie van alle deeltjes op de filterfilm onder het elektroscopische beeld

Figuur 3: De deeltjesreunie op de filterfilm

Voor het ontbreken van de traditionele software ontwikkelde Opel en Huihong Technologies, onderdeel van de groep, het "Li-Ion Battery Foreign Object Analysis System" (LIBIAS). Dit is een volledig geautomatiseerd zuiverheidsanalysesysteem met nauwkeurige, efficiënte en gebruiksvriendelijke functies voor het opnemen en verwerken van beelden en kwantitatieve elemententesten in hoge definitie. Inclusief: 1) een eenvoudig testprogramma, 2) een open standaard bibliotheekbewerkingssysteem en 3) het genereren van een grafiek met één klik.

Figuur 4: Deeltje soort percentage taartdiagram (links), tripartiete statistische grafiek (rechts)

Huihong Smart Technology is een leverancier van oplossingen voor micro-intelligente beeldanalyse in de industrie. Met de visie "blijven origineel, leiden industriële analyse met informatietechnologie", kunnen gebruikers een volledig scenario van intelligente microanalyseoplossingen voor lithiumbatterijen leveren. Het "Lithium-Ion Battery Materials Micro Intelligent Analysis System (LIBMAS)" en het "Lithium-Ion Battery Foreign Object Analysis System (LIBIAS)" van Huihong Intelligent Science & Technology combineren hoge resolutie scanning elektroscopen met intelligente analysesoftware om de volledige reeks lithium-Ion batterij-gerelateerde analyses op te lossen, van lithium-elektrische grondstoffen tot positieve en negatieve poolen, diafragma's en lithium-elektrische schoonheid, om onderzoekers te helpen betere prestaties van lithium-elektrische producten te ontwikkelen.

Referenties:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Vooruitgang bij de foutanalyse van lithiumbatterijen. Acta Phys. Zonde. , 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.

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

[3] Jang Shaobin, Liang Zheng. Lithium-ion batterij productieproces principe en toepassing [M].

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

[5] Xiaojianwei, Liu Liangbin, 符泽卫, enz. eenkristallige LiNi_xCo-bedrijven_enMn_1-x-yO₂De vooruitgang van het onderzoek naar triple positieve materiaal[J]. Batterij Industrie, 2017, 21(2): 51-54.

[6] Mao Jiyong, Xu Hanliang. Het effect van de diafragma-porositeit van lithium-ion-batterijen op de batterijprestaties [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46(14): 78-80.

[7] Huisheng, Jianyongli, Lijiang. Studie van de procescontrole van metalen en magnetische vreemde stoffen in lithium-elektrode materialen [J].