Las baterías de iones de litio son ampliamente utilizadas en nuestra vida diaria debido a sus ventajas de limpieza, alta densidad energética y buen rendimiento de circulación. Especialmente en los últimos años, con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía y centrales eléctricas de almacenamiento de energía, la cantidad de baterías de iones de litio ha superado la imaginación. un vehículo de nueva energía integra miles de baterías, alcanzando cientos de kilogramos. cuando se concentran enormes cantidades de baterías, los problemas de Seguridad son particularmente importantes. En los últimos años, se han producido accidentes de deflagración excesiva en vehículos eléctricos de baterías de litio, automóviles y centrales de almacenamiento de energía, por lo que la investigación sobre la calidad y la seguridad de las baterías de litio se ha prestado cada vez más atención, y la tecnología de inspección de calidad de las baterías de litio también plantea mayores requisitos, que cubren materiales positivos y negativos, diafragmas, láminas de cobre, papel de aluminio e incluso materiales de embalaje exterior.

Oubo Tong Group se ha dedicado durante mucho tiempo al análisis microscópico en el campo de la microscopía óptica y la microscopía electrónica. a través de la comunicación con el gran número de clientes, encontramos que el análisis microscópico de los clientes actuales tiene problemas como la baja eficiencia, el gran impacto de los factores subjetivos humanos y la no estandarización. por esta razón, Hemos establecido huihong Technology Company para automatizar y estandarizar el análisis microscópico utilizando software inteligente.

I. sistema de análisis microscópico inteligente de materiales de baterías de iones de litio (libmas)

Las baterías de iones de litio se refieren al término general de las baterías con compuestos incrustados de iones de litio como material de electrodo, que dependen principalmente del Movimiento de iones de litio entre el electrodo positivo y el negativo para trabajar. Debido a los defectos en el procesamiento de materiales, las baterías de litio todavía tendrán una cierta probabilidad de falla durante su uso o almacenamiento.^[1]Por ejemplo, los electrodos porosos se expanden y contraen en volumen durante la carga y descarga, lo que resulta en grietas graduales en las partículas, que inician y se propagan a lo largo de los defectos originales, lo que resulta en la rotura mecánica del material y la desintegración de la estructura del electrodo, lo que resulta en la desintegración del material del electrodo. El fallo de estos materiales reduce seriamente el rendimiento de uso de las baterías de litio y afecta la fiabilidad y seguridad de su uso.

Figura 1: sistema de análisis microinteligente de la batería de iones de litio huihong

En respuesta a los diversos problemas de falla causados en el uso de baterías de litio, huihong INTELLIGENT TECHNOLOGY ha adaptado un software exclusivo para los clientes para satisfacer todas las necesidades de los clientes, utilizando tecnología avanzada de Ia y tecnología de procesamiento de imágenes, puede realizar análisis rápidos y precisos de materiales de baterías de litio, como el reconocimiento de aglomeración monocristalina, El reconocimiento de bolas agrietadas, el juicio de uniformidad de la distribución de partículas esféricas secundarias, las estadísticas de poros transversales y las estadísticas de poros de diafragma.

1) identificación:

Por lo general, al preparar materiales de cátodo ternário, se utiliza el método de coprecipitación.^[2]Las partículas primarias a nivel nanométrico se reúnen y se acumulan en partículas secundarias esféricas, pero esta estructura de acumulación es propensa a formar grietas, lo que conduce a la atenuación del rendimiento de la batería.

Figura 2: la inteligencia del software distingue entre la bola agrietada y la bola ordinaria

A través de huihong libmas, se puede contar y calcular rápidamente la proporción de bolas agrietadas para obtener información sobre las grietas de las bolas agrietadas, mejorando así las condiciones del proceso, como se muestra en la figura 2.
El interior de las partículas positivas suele ser una estructura policristalina formada por partículas esféricas secundarias. dejamos de lado las partículas esféricas secundarias y encontramos un gran número de grietas en la sección transversal de las partículas después de la carga y descarga circulares, como se muestra en la figura 3. El uso de limbas identifica los poros de la sección transversal y obtiene rápidamente los resultados de los poros de la sección transversal.

Figura 3: identificación de poros en la sección esférica secundaria

2) identificación de partículas agregadas:

Las partículas ternárias positivas suelen requerir sinterización a alta temperatura de oxígeno puro, y los productos ternários aglomerados generalmente tienen una morfología típica de agregados, es decir, partículas esféricas secundarias compuestas por partículas primarias con un tamaño de partícula de unos cientos de nanómetros, entre varias y una docena de micras. En el pasado, el análisis estadístico manual requería la medición manual una por una después de la imagen sem, con una gran carga de trabajo y un error de medición humana; Con el software de análisis inteligente de huihong, se puede operar con un solo clic, simplificar el proceso y obtener rápidamente resultados estadísticos estandarizados en poco tiempo, como se muestra en la figura 4.

Figura 4: reconocimiento de partículas esféricas secundarias formadas por aglomeración primaria de partículas

El tamaño de las partículas del material del electrodo afecta la capacidad, la Potencia y el rendimiento del ciclo de la batería.^[3]. las partículas de pequeño tamaño pueden acortar la ruta de difusión de estado sólido de los iones de litio, y las partículas porosas internas pueden proporcionar más canales de migración de iones de litio. Sin embargo, un tamaño de partícula demasiado pequeño puede causar una baja eficiencia de Coulomb y densidad de llenado, lo que afectará la capacidad de la batería general. A través de huihong libmas, se puede identificar eficientemente el tamaño de las partículas (longitud, anchura, circunferencia, área, etc.) y la distribución, como se muestra en la figura 5.

Figura 5: el software distingue automáticamente entre las partículas aglomeradas y las secciones transversales de las partículas aglomeradas

3) identificación de partículas monocristalinas:

En comparación con las nanopartículas individuales, las partículas agregadas tienen las ventajas de una pequeña superficie específica, una buena movilidad de las partículas, una alta densidad de compactación y una buena procesabilidad del tamaño del electrodo. Sin embargo, durante la carga y descarga repetidas de los agregados, los electrodos se expanden y contraen constantemente, y las partículas internas se rompen fácilmente. En comparación con los materiales de cátodo policristalino que son propensos a la trituración de partículas, muchos estudios^[4,5]Se han comenzado a explorar las propiedades de los materiales de cátodo ternário monocristalino a partir de la estructura cristalina misma, y los resultados muestran que el ternário monocristalino tiene una mejor resistencia mecánica, lo que inhibe la rotura de partículas y también tiene una mejor estabilidad térmica en términos de ciclo de alta temperatura. Estudios como este requieren identificar con precisión las partículas monocristalinas y su distribución interna. huihong Technology libmas puede identificar automáticamente las partículas monocristalinas con contornos claros en las partículas aglomeradas y medir y contar su diámetro, como se muestra en la figura 6.

Figura 6: identificación de partículas monocristalinas

4) reconocimiento de bolas secundarias grandes y pequeñas:

Además, huihong libmas también puede identificar con precisión todas las partículas esféricas secundarias grandes y pequeñas en la imagen, y calcular la uniformidad de la distribución de partículas grandes y pequeñas de acuerdo con el juicio de área. Como se muestra en la figura 7.

Figura 7: identificación y estadísticas de la uniformidad de la distribución de partículas esféricas secundarias grandes y pequeñas

5) estadísticas de permeabilidad del diafragma:

Como parte importante de la batería de litio, el diafragma de la batería de litio es un material funcional polimérico con una estructura microporosa a nivel nanométrico, cuya función principal es evitar cortocircuitos debido al contacto entre los polos, al tiempo que permite el paso de iones electroliticos. Estudios relevantes confirman^[6]Cuanto más uniforme sea la distribución del tamaño del agujero microporoso del diafragma, mejor será el rendimiento eléctrico de la batería.

La distribución del tamaño del agujero se observa principalmente mediante microscopía electrónica de barrido (sem), pero solo observando imágenes a simple vista, hay ciertos errores e ineficiencias en la caracterización de la permeabilidad. Por lo tanto, para obtener la permeabilidad del material con mayor precisión e imagen, es necesario combinar el software de procesamiento de imágenes con el SEM para lograr las necesidades de distribución de poros del diafragma y su análisis cuantitativo.

Figura 8: identificación de poros de diafragma y estadísticas de permeabilidad

Huihong libmas puede obtener rápidamente información sobre la permeabilidad del diafragma, detectar la permeabilidad del diafragma, el diámetro del poro y el diámetro de la fibra y analizarlo estadísticamente, describiendo así vívidamente los detalles estructurales de la superficie del diafragma y mejorando la precisión de la evaluación de la permeabilidad del diafragma de la batería de litio, como se muestra en la figura 9.

II. sistema de análisis de cuerpos extraños para baterías de iones de litio (libias)

En la actualidad, la clasificación de la industria de cuerpos extraños metálicos y magnéticos en materiales de cátodo de batería de litio incluye principalmente los siguientes tres aspectos: partículas grandes metálicas y no metálicas, cuerpos extraños magnéticos, monómeros de cobre / Zinc^[7]. la forma en que se introducen cuerpos extraños es la introducción de materias primas y la producción durante el proceso de fabricación. Con el fin de controlar eficazmente el contenido de cuerpos extraños no metálicos / metálicos / magnéticos en los materiales positivos y negativos de las baterías de iones de litio, generalmente se utilizan equipos y software profesionales para contar la morfología y composición de las partículas de cuerpos extraños en las materias primas después del cribado inicial. En el pasado, se utilizaban Espejos ópticos o métodos de medición manual en la industria, pero estos métodos de detección tradicionales a menudo tenían más o menos deficiencias en la precisión, exhaustividad y coherencia de los resultados de los datos, lo que representaba un desafío relativamente grande para la detección precisa. En la actualidad, los principales problemas que enfrenta la detección de partículas de cuerpos extraños en materiales de baterías de litio son: 1) las fuentes de cuerpos extraños son amplias y difíciles de rastrear, 2) la cantidad de datos es grande, lleva mucho tiempo y esfuerzo, 3) las partículas son fáciles de reunir y difíciles de identificar.

Figura 1: la imagen de la misma partícula bajo el Microscopio óptico (izquierda), el microscopio electrónico (derecha) y el componente principal de la partícula de reconocimiento del espectro de energía EDS son fe.

Figura 2: distribución de todas las partículas en la película filtrante bajo la imagen del microscopio electrónico

Figura 3: fenómeno de aglomeración de partículas en la película filtrante

En respuesta a las deficiencias del software tradicional, huihong Technology company, una subsidiaria del Grupo oubotong, ha desarrollado el "sistema de análisis de cuerpos extraños de baterías de iones de litio" (libias). Este es un sistema automático de análisis de limpieza que integra funciones precisas, eficientes y fáciles de operar, que puede realizar funciones como la adquisición y captura de imágenes BSE de alta definición y el procesamiento de imágenes, y la prueba cuantitativa de elementos. Incluye: 1) un programa de prueba simple, 2) un sistema de Edición de Biblioteca estándar abierto, 3) un clic para generar el gráfico de informe correspondiente.

Figura 4: mapa de pastel de proporción de tipos de partículas (izquierda), mapa de fase estadística ternaria (derecha)

Huihong INTELLIGENT TECHNOLOGY es un proveedor de servicios de soluciones de aplicaciones de análisis de imágenes micro - inteligentes centrado en el campo industrial. Con la visión de "adherirse a la originalidad y liderar el análisis industrial con tecnología de la información", se puede proporcionar a los usuarios una solución inteligente de microanálisis de baterías de litio en toda la escena. El "sistema de análisis microscópico inteligente de materiales de baterías de iones de litio (libmas)" y el "sistema de análisis de cuerpos extraños de baterías de iones de litio (libias)", desarrollado por huihong Intelligent technology, combinan microscopía electrónica de escaneo de alto rendimiento de resolución con software de análisis inteligente para resolver el análisis relacionado con baterías de iones de litio de toda la gama de limpieza de baterías de iones de litio, desde materias primas de baterías de litio hasta electrodos positivos y negativos, diafragmas y baterías de litio, ayudando a los investigadores a desarrollar productos de baterías de litio con un rendimiento superior.

Referencias:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progreso en el análisis de fallas de la batería de litio. Acta Phys. El pecado. , 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 y aplicación del proceso de fabricación de baterías de iones de litio [m].

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

[5] Xiao jianwei, Liu liangbin, Fu zewei, etc. Lini monocristalino_xCo_yMn_1-x-yEl O₂Avances en la investigación de materiales de cátodo ternário [j] industria de baterías, 2017, 21 (2): 51 - 54.

[6] Mao jiyong, Xu hanliang. influencia de la permeabilidad del diafragma para baterías de iones de litio en el rendimiento de la batería (j). Guangzhou chemical, 2018,46 (14): 78 - 80.

[7] huisheng, Zhan yongli, Li jiang. Investigación sobre el control de procesos de metales y cuerpos extraños magnéticos en materiales de cátodo de batería de litio [j] metales no ferrosos del mundo, 2021 (17): 166 - 168.