Les batteries lithium - ion sont largement utilisées dans notre vie quotidienne en raison de leurs avantages tels que la propreté, la densité d'énergie élevée et une bonne performance cyclique. En particulier, ces dernières années, le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, des centrales de stockage d'énergie, la quantité de batteries lithium - ion dépasse l'imagination, un véhicule à énergie nouvelle intègre plusieurs milliers de batteries, jusqu'à plusieurs centaines de kilogrammes, une grande quantité de batteries regroupées, la question de la sécurité est particulièrement importante. Ces dernières années, les voitures électriques à batterie au lithium, les voitures et les centrales électriques de stockage d'énergie ont eu des accidents de surchauffe, de sorte que la recherche sur la qualité, la sécurité et d'autres aspects de la batterie au lithium est de plus en plus appréciée, la technologie de contrôle de la qualité de La batterie au lithium a également présenté des exigences plus élevées, qui couvrent les matériaux d'électrode positive et négative, le diaphragme, la Feuille de cuivre, la feuille d'aluminium et même les matériaux d'emballage extérieur.

Eubo et le Groupe sont engagés depuis longtemps dans le travail de micro - analyse dans le domaine des Miroirs optiques et électriques, grâce à des échanges avec un large éventail de clients, nous avons constaté que la micro - analyse des clients a maintenant une faible efficacité, l'influence subjective des facteurs humains est grande, non standardisée et d'Autres problèmes, pour cette raison, nous avons créé la société de technologie hshong, en utilisant le logiciel intelligent pour réaliser l'automatisation et la normalisation de l'analyse microscopique.

I. système d'analyse intelligent microscopique des matériaux de batterie lithium - ion (libmas)

Batterie lithium - ion se réfère à l'utilisation du composé d'insertion d'ions lithium comme un terme général pour la batterie de matériau d'électrode, il repose principalement sur les ions lithium se déplaçant entre les électrodes positives et négatives pour fonctionner. En raison de défauts dans le traitement des matériaux, les batteries au lithium auront encore une certaine probabilité de défaillance pendant l'utilisation ou le stockage^[1]Par exemple, l'électrode poreuse subit une expansion volumique et une contraction pendant la charge et la décharge, ce qui entraîne l'apparition progressive de fissures dans les particules, qui germent et se propagent le long des défauts d'origine, entraînant une rupture mécanique du matériau et une désintégration de la structure de l'électrode, provoquant la poudrerie du matériau de l'électrode. La défaillance de ces matériaux réduit considérablement les performances d'utilisation des batteries au lithium, affectant la fiabilité et la sécurité de leur utilisation.

Figure I: système d'analyse intelligent microscopique de batterie Li - ion de hsihum

En réponse à divers problèmes d'échec découlant de l'utilisation de la batterie au lithium, la technologie intelligente de hsihum a adapté le logiciel exclusif pour les clients afin de répondre à tous les besoins des clients, en utilisant la technologie avancée de l'IA et la technologie de traitement d'image, qui peut rapidement et précisément effectuer l'identification de réunion monocristalline, l'identification de la balle fissurée, le jugement de l'uniformité de la distribution des particules secondaires, la statistique des pores de section, la statistique des pores du diaphragme et d'autres analyses de matériaux de batterie au lithium.

1) Identification:

Généralement, lors de la préparation d'un matériau d'électrode positive ternaire, la méthode de coprécipitation est utilisée^[2]L'agglomération des particules primaires à l'échelle nanométrique s'accumule en particules secondaires sphériques, mais cette structure d'accumulation est sujette à la formation de fissures qui entraînent une dégradation des performances de la batterie.

Figure II: l'intelligence logicielle sépare la balle fissurée de la balle normale

Grâce à hshong libmas, il est possible de compter rapidement et de calculer la proportion de billes fissurées, d'obtenir des informations sur les fissures de billes fissurées et d'améliorer ainsi les conditions du processus, comme dans la figure II.
À l'intérieur de la particule positive est généralement une structure polycristalline formée de particules sphériques secondaires, nous avons jeté les particules sphériques secondaires et trouvé un grand nombre de fissures dans la Section des particules après la charge et la décharge cyclique, comme dans la figure III. L'identification des pores de section est réalisée avec libmas, ce qui permet d'obtenir rapidement des résultats de pores de section.

Figure III: identification des pores en section sphérique secondaire

2) Identification des particules agglomérées:

Les particules TERNAIRES d'électrode positive nécessitent généralement un frittage sous oxygène pur à haute température, le produit ternaire résultant du frittage ayant généralement une topographie agglomérée typique, c'est - à - dire constituée de particules primaires d'environ quelques centaines de nanomètres de taille de particules, de particules sphériques secondaires comprises entre quelques et une douzaine de microns. Avant l'utilisation de l'analyse statistique artificielle, il est nécessaire de mesurer manuellement un par un après l'imagerie Sem, la charge de travail est importante, et il existe une erreur de mesure humaine; Avec le logiciel d'analyse intelligente de hsihum, vous pouvez opérer en un clic, rationaliser le processus et obtenir rapidement des résultats statistiques normalisés en peu de temps, comme dans la figure IV.

Figure IV: identification des particules sphériques secondaires formées par agglomération des particules primaires

La taille des particules du matériau de l'électrode affecte la capacité, les performances de grossissement et les performances cycliques de la batterie^[3]. Les particules de petite taille peuvent raccourcir le chemin de diffusion en phase solide des ions lithium, et les particules poreuses internes peuvent fournir plus de canaux de migration des ions lithium. Mais une taille de particule trop petite peut entraîner une faible efficacité coulombienne et une faible densité de remplissage, ce qui affecte la capacité globale de la batterie. L'identification efficace de la taille des particules primaires (longueur, largeur, circonférence, surface, etc.) ainsi que de leur distribution est possible grâce à hshung libmas, comme indiqué dans la figure V.

Figure V: le logiciel distingue automatiquement les particules agglomérées et les sections de particules agglomérées

3) Identification des particules monocristallines:

Par rapport aux nanoparticules individuelles, les particules agglomérées présentent les avantages d'une petite surface spécifique, d'une bonne fluidité des particules, d'une densité de compactage élevée et d'une bonne usinabilité de la pâte d'électrode. Cependant, lors de la charge et de la décharge répétées de l'agglomérat, les électrodes se dilatent et se contractent constamment, et les particules internes se brisent très facilement. Par rapport aux matériaux positifs polycristallins qui sont susceptibles de produire des particules pulvérisées, de nombreuses études^[4,5]Déjà commencé à partir de la structure cristalline elle - même, l'enquête sur les propriétés du matériau ternaire monocristallin de l'électrode positive, les résultats ont montré que le ternaire monocristallin a une meilleure résistance mécanique, ce qui inhibe la fragmentation des particules et a également une meilleure stabilité thermique en termes de cycle à haute température. Ce genre de recherche nécessite l'identification précise des particules monocristallines et de leur distribution interne, la technologie hsihum libmas peut identifier automatiquement les particules monocristallines clairement définies dans les particules agglomérées et mesurer, compter leur diamètre, comme dans la figure VI.

Figure VI: identification des particules monocristallines

4) taille reconnaissance de balle secondaire:

En plus de cela, hsihum libmas peut identifier avec précision toutes les grosses particules sphériques secondaires par rapport aux petites particules sur l'image, en calculant l'uniformité de la distribution des grosses particules par rapport aux petites particules en fonction du jugement de surface. Comme dans la figure VII.

Figure VII: identification et statistiques de l'uniformité de distribution des particules sphériques secondaires de taille

5) Statistiques de porosité de diaphragme:

Le diaphragme de la batterie au lithium, en tant que composant important de la batterie au lithium, est un matériau fonctionnel macromoléculaire avec une structure microporeuse à l'échelle nanométrique, dont la fonction principale est d'empêcher les courts - circuits de se produire lorsque les deux pôles entrent en contact, tout en laissant passer les ions électrolyte. Les études pertinentes confirment^[6], plus la distribution des pores microporeux du diaphragme est uniforme, plus les performances électriques de la batterie sont excellentes.

La distribution des tailles de pores est principalement observée par microscopie électronique à balayage (MEB), mais l'observation de l'image à l'œil nu seule présente une certaine erreur et est inefficace dans la caractérisation de la porosité. Par conséquent, pour obtenir une image plus précise de la porosité d'un matériau, il est nécessaire de combiner un logiciel de traitement d'image avec SEM pour répondre aux besoins de la distribution des pores du diaphragme et de son analyse quantitative.

Figure VIII: identification des pores du diaphragme et statistiques de porosité

Hsihum libmas peut rapidement obtenir des informations sur la porosité du diaphragme, détecter la porosité du diaphragme, le diamètre des pores et le diamètre des fibres et les analyser statistiquement, afin de décrire visuellement les détails structurels de la surface du diaphragme et d'améliorer la précision de l'évaluation de la porosité du diaphragme de la batterie au lithium, Comme dans la figure IX.

Système d'analyse des corps étrangers pour batteries lithium - ion (libias)

La classification actuelle de l'industrie des corps étrangers métalliques et magnétiques dans les matériaux électropositifs au lithium a principalement les trois aspects suivants: grandes particules métalliques et non métalliques, corps étrangers magnétiques, monomères Cu / Zn^[7].Les corps étrangers sont introduits de manière à ce que les matières premières soient introduites et générées au cours du processus de fabrication. Afin de contrôler efficacement la teneur en corps étrangers non métalliques / métalliques / magnétiques dans les matériaux d'électrode positive et négative des batteries lithium - ion, des équipements et des logiciels professionnels sont généralement utilisés pour effectuer des statistiques de topographie et de composition des particules de corps étrangers dans les matières premières après tamisage initial. Auparavant, l'industrie utilisait des Miroirs optiques ou des méthodes de mesure manuelle, mais ces méthodes de détection traditionnelles étaient souvent plus ou moins insuffisantes en termes de précision, d'exhaustivité et de cohérence des résultats des données, ce qui représentait un défi considérable pour la détection précise. À l'heure actuelle, la détection des particules de corps étrangers dans les matériaux de batterie au lithium est principalement confrontée aux problèmes suivants: 1) large source de corps étrangers, difficile à retracer, 2) grande quantité de données, longue et laborieuse, 3) Les particules sont faciles à réunir et difficiles à identifier.

Figure I: image de la même particule au microscope optique (à gauche), microscope électronique (à droite) et spectroscopie EDS identifiant la particule comme composant principal de Fe

Figure II: distribution de toutes les particules sur la membrane filtrante sous l'image du miroir électrique

Figure III: phénomène d'agglomération des particules sur membrane filtrante

En réponse à l'insuffisance des logiciels traditionnels, hshong Tech, une division d'eubo Tong, a développé le « système d'analyse des corps étrangers pour batteries lithium - ion» (libias). Il s'agit d'un système d'analyse de la propreté entièrement automatisé qui intègre des fonctions précises, efficaces et faciles à utiliser, et peut réaliser des fonctions telles que la prise de vue d'acquisition d'images HD BSE et le traitement d'images, les tests quantitatifs d'éléments, etc. Comprend: 1) une procédure de test facile à mettre en place, 2) un système d'édition de bibliothèque standard ouvert, 3) un diagramme de rapport correspondant généré en un clic.

Figure IV: diagramme de type particulaire (à gauche), diagramme de phase statistique ternaire (à droite)

Hshung Smart Technology est un fournisseur de services de solutions d'applications d'analyse d'images micro - intelligentes axées sur le secteur industriel. Avec la vision de « s'en tenir à l'originalité, mener l'analyse industrielle avec la technologie de l'information », il peut fournir aux utilisateurs une solution d'analyse microscopique intelligente de batterie au lithium de scène complète. Le « système d'analyse intelligente microscopique des matériaux de batterie au lithium - ion (libmas) » et le « système d'analyse des corps étrangers de batterie au lithium - ion (libias) » de hsihum Smart Science & Technology combinent un miroir électrique à haute résolution avec un logiciel d'analyse intelligent pour résoudre toute une gamme d'analyses liées aux batteries au lithium - ion, des matières premières électriques au lithium, aux pièces polaires positives et négatives, aux diaphragmes, à la propreté électrique au lithium, aidant les chercheurs à développer des produits électriques au lithium avec des performances supérieures.

Références:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progrès sur l'analyse des défaillances de la batterie au lithium. Acta Phys. Le péché. , 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. Principes et applications du processus de fabrication de batteries lithium - ion [M].

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

[5] Xiao Jianwei, Liu liangbin, rung zewei, etc. Lini monocristallin_xCo_etMn_1-x-yO₂Progrès dans la recherche sur les matériaux positifs TERNAIRES [j]. Battery Industry, 2017, 21 (2): 51 - 54.

[6] Mao jiyong, Hu hanliang. Effet de la porosité du diaphragme sur les performances de la batterie pour les batteries lithium - ion [j]. Guangzhou Chemical, 2018, 46 (14): 78 - 80.

[7] huisheng, Jian Yongli, Lijiang. Étude sur le contrôle des processus des métaux et des corps étrangers magnétiques dans les matériaux électropositifs au lithium [j]. World Nonferrous Metals, 2021 (17): 166 - 168.