Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane w naszym codziennym życiu ze względu na ich czystość, wysoką gęstość energii i dobrą wydajność cykliczną. Szczególnie w ostatnich latach szybki rozwój nowych samochodów energetycznych, elektrowni magazynujących energię, ilość baterii litowo-jonowych przekracza wyobrażenie, nowy samochód energetyczny zintegrował kilkaset baterii, do kilkuset kilogramów, ogromna ilość baterii skoncentrowana razem, kwestie bezpieczeństwa są szczególnie ważne. W ostatnich latach pojazdy elektryczne z bateriami litowymi, samochody i elektrownie magazynujące energię miały wypadki eksplozyjne, dlatego badania nad jakością i bezpieczeństwem baterii litowych są coraz bardziej przywiązywane do technologii kontroli jakości baterii litowych, a nawet materiałów opakowaniowych.

Opel i grupa od dłuższego czasu angażują się w mikroanalizę w dziedzinie optoskopów i elektroskopów, poprzez wymianę z szerokim zakresem klientów, odkryliśmy, że obecnie mikroanaliza klientów jest niska wydajność, subiektywne czynniki ludzkie mają duży wpływ, niestandaryzacja i inne problemy, w związku z czym założyliśmy firmę Huihong Technology, wykorzystując inteligentne oprogramowanie do automatyzacji i standaryzacji mikroanalizy.

Mikrointeligentny system analizy materiałów baterii litowo-jonowych (LIBMAS)

Bateria litowo-jonowa odnosi się do ogólnej nazwy baterii z materiałem elektrodowym zawierającym związki litowo-jonowe, która opiera się głównie na przemieszczaniu się jonów litowych między biegunami pozytywnymi i ujemnymi. Ze względu na wady w procesie przetwarzania materiałów baterie litowe nadal mogą wystąpić pewne prawdopodobieństwo awarii podczas używania lub przechowywania.^[1]Na przykład poroste elektrody rozciągają się i kurczą się podczas ładowania i rozładowania, co powoduje stopniowe pęknięcia cząstek, które powstają i rozszerzają się wzdłuż pierwotnych wad, powodując pęknięcie mechaniczne materiału i rozpad struktury elektrody, co powoduje rozproszenie materiału elektrody. Wypadki tych materiałów znacznie obniżają wydajność baterii litowych, co wpływa na niezawodność i bezpieczeństwo ich stosowania.

Rysunek 1: Mikrointeligentny system analizy baterii litowo-jonowych Huihong

W odniesieniu do różnych problemów z awarią podczas używania baterii litowej, Huihong Smart Technology dostosował własne oprogramowanie do klienta, aby zaspokoić wszystkie potrzeby klienta, wykorzystując zaawansowaną technologię AI i technologię przetwarzania obrazu, aby szybko i dokładnie rozpoznawać jednokryształową reunię, rozpoznawać pękniętą kulę, oceniać jednorodność rozkładu cząstek kulowych, statystyki pory przekroju, statystyki pory membrany i inne materiały baterii litowej.

1) Identyfikacja:

Zazwyczaj podczas przygotowywania materiału trójpolarnego stosuje się metodę współosadzania^[2]Umożliwia ponowne zgromadzenie cząstek nanoskalowych w kuliste cząsteki wtórne, ale ta struktura gromadzenia jest podatna na powstawanie pęknięć, co powoduje spadek wydajności baterii.

Rysunek 2: Oprogramowanie inteligentnie rozróżnia rozdzielone i zwykłe piłki

Za pomocą HUIHONG LIBMAS można szybko obliczyć i obliczyć udział pęknięć kul, aby uzyskać informacje o pęknięciach kul, a tym samym poprawić warunki procesu, jak na rysunku II.
Wewnętrze cząstek pozytywnych biegunów jest zwykle wielokrystalną strukturą tworzoną przez cząstek kulkowych sekundarnych, odrzucamy cząstek kulkowych sekundarnych i odkrywamy dużą ilość pęknięć w sekcji cząstek po ładowaniu i rozładowaniu cyklicznym, jak na rysunku III. Użyj LIBMAS do identyfikacji pory przekrojowej, aby szybko uzyskać wyniki pory przekrojowej.

Rysunek 3: Rozpoznanie pory sekcji kulowej

2) rozpoznawanie cząstek aglomerowych:

Cząstki trójpolarne pozytywnego biegunu zwykle muszą być spiekane w czystym tlenie w wysokiej temperaturze, a produkty trójpolarne spiekane mają zazwyczaj typowy kształt zjednoczenia, tj. składające się z cząstek jednej o wielkości około kilkuset nanometrów, cząstek sekundarnych pomiędzy kilkoma a kilkudziesięciu mikronami. W przeszłości zastosowano sztuczną analizę statystyczną, która wymaga ręcznego pomiaru pojedynczego po obrazowaniu SEM, dużego obciążenia pracą i błędu pomiaru człowieka; Przy użyciu inteligentnego oprogramowania analitycznego Huihong można użyć jednego kliknięcia, uproszczyć proces i szybko uzyskać znormalizowane wyniki statystyczne w krótkim czasie, jak na rysunku IV.

Rysunek 4: Rozpoznawanie cząstek kulowych z jednego połączenia cząstek

Rozmiar cząstek materiału elektrody wpływa na pojemność baterii, wydajność powiększania i wydajność cykliczną^[3]. Małe cząsteczki mogą skrócić ścieżkę rozprzestrzeniania litu-jonów stałych, a wewnętrzne poroste cząsteczki mogą zapewnić więcej kanałów migracji litu-jonów. Jednak zbyt małe rozmiary cząstek mogą powodować niską wydajność i gęstość napełniania Kurona, co wpływa na całkowitą pojemność baterii. Za pomocą HUIHONG LIBMAS można efektywnie identyfikować rozmiar cząstek (długość, szerokość, obwód, powierzchnia itp.) oraz rozkład, jak na rysunku V.

Rysunek 5: Oprogramowanie automatycznie rozróżnia przekroje cząstek zjednoczonych i cząstek zjednoczonych

3) identyfikacja cząstek jednokryształowych:

W porównaniu do pojedynczych nanocząstek, cząsteczki aglomerowane mają zalety takie jak mniejsza powierzchnia, lepsza płynność cząstek, wysoka gęstość sprężenia i lepsza przetwarzalność celulozy elektrody. Jednak podczas powtarzającego się ładowania i rozładowania agregatu elektroda ciągle się rozszerza i kurczy, a wewnętrzne cząstki są bardzo łatwe do złamania. W porównaniu do materiałów polikrystalicznych pozytywnych, które łatwo produkują rozbitie cząstek, wiele badań^[4,5]Zaczęło się od samej struktury kryształowej, aby zbadać właściwości materiału trójkryształowego pozytywnego biegunu, wyniki wykazały, że trójkryształowy trójkryształ ma lepszą wytrzymałość mechaniczną, co hamuje pękanie cząstek i ma lepszą stabilność cieplną w cyklu wysokiej temperatury. Takie badania wymagają dokładnej identyfikacji cząstek pojedynczych kryształów i ich wewnętrznej tkaniny, a LIBMAS może automatycznie identyfikować jasne kontury cząstek pojedynczych kryształów w cząsteczkach zjednoczonych oraz zmierzać i liczyć ich średnicę, jak na rysunku 6.

Rysunek 6: Identyfikacja cząstek jednokryształowych

4) Rozmiar podwójnego rozpoznawania piłki:

Ponadto HUIHONG LIBMAS może dokładnie rozpoznać wszystkie duże i małe cząsteczki na obrazie, obliczając jednorodność rozkładu dużych i małych cząsteczek na podstawie oceny powierzchni. Jak na rysunku 7.

Rysunek VII: Rozpoznanie i statystyki jednorodności rozmiaru cząstek kulowych podwójnych

5) Statystyki porowatości membrany:

Membrana baterii litowej jako ważny składnik baterii litowej jest polimerowym materiałem funkcjonalnym o strukturze mikroporowej na skali nanometrów, którego główną funkcją jest zapobieganie kontaktowi biegunów i krótkiemu zamknięciu, podczas gdy jony elektrolitów przechodzą. Odpowiednie badania potwierdzają^[6]Im równomierniej rozproszony jest otwór mikroporowy membrany, tym lepsze są właściwości elektryczne baterii.

Rozkład otworu jest obserwowany głównie za pomocą mikroskopu elektronowego skanowania (SEM), ale tylko za pomocą obrazu obserwowanego gołym okiem, charakteryzacja porowatości jest błędna i niewydajna. W związku z tym, aby uzyskać dokładniejszy obraz porowatości materiału, należy połączyć oprogramowanie do przetwarzania obrazu z SEM, aby spełnić wymagania dotyczące dystrybucji porowatości membrany i jej analizy ilościowej.

Rysunek 8: Rozpoznawanie porowatości membrany i statystyki porowatości

HUIHONG LIBMAS może szybko uzyskać informacje o porowatości membrany, wykrywać porowatość membrany, średnicę pory i średnicę włókna i analizować statystycznie, aby obrazowo opisać szczegóły strukturalne powierzchni membrany, poprawić dokładność oceny porowatości membrany baterii litowej, jak na rysunku IX.

System analizy obcych ciał baterii litowo-jonowych (LIBIAS)

Obecnie klasyfikacja metali i obcych przedmiotów magnetycznych w materiałach elektrostatów litowych obejmuje głównie trzy aspekty: duże cząstki metalowe i niemetalowe, obce przedmioty magnetyczne, monosubstancje Cu / Zn^[7]. Sposób wprowadzenia obcych substancji jest wytworzony podczas przywozu surowców i produkcji. Aby skutecznie kontrolować zawartość niemetalowych / metalowych / magnetycznych obcych substancji w materiałach pozytywnych i ujemnych baterii litowo-jonowych, zazwyczaj używa się profesjonalnego sprzętu i oprogramowania do statystyki kształtu i składu cząstek obcych w surowcach po pierwszym siedzeniu. W przemyśle stosowane były metody pomiaru optycznego lub ręcznego, jednak te tradycyjne metody wykrywania często mają mniej lub więcej wady w dokładności, kompleksowości i spójności wyników danych, co stwarza większe wyzwania dla precyzyjnego wykrywania. Obecnie główne problemy z wykrywaniem cząstek obcych w materiałach baterii litowych to: 1) szerokie źródło obcych, trudne do śledzenia, 2) duże ilości danych, czasochłonne, 3) łatwe zjednoczenie cząstek i trudne do rozpoznania.

Rysunek 1: Obraz tej samej cząsteczki pod mikroskopem optycznym (po lewej) i mikroskopem elektronicznym (po prawej) oraz główny składnik cząsteczek rozpoznawalnych przez spektrum EDS to Fe

Rysunek 2: Rozkład wszystkich cząstek na folii filtrowej pod obrazem elektroskopu

Rysunek 3: Zjednoczenie cząstek na membranie filtracyjnej

W odpowiedzi na niedobory w tradycyjnym oprogramowaniu, Opel opracował „System analizy obcych obiektów baterii litowo-jonowych” (LIBIAS). Jest to w pełni zautomatyzowany system analizy czystości z dokładnymi, wydajnymi i łatwymi funkcjami obsługi, który umożliwia nagrywanie i przetwarzanie obrazów w wysokiej rozdzielczości, testowanie ilościowe elementów i inne funkcje. Obejmuje: 1) łatwy do rozpoczęcia program testowy, 2) otwarty standardowy system edycji biblioteki i 3) generowanie wykresów raportów w jednym kliknięciu.

Rysunek 4: Wykres ciasta typu cząstek (po lewej), trójwymiarowy wykres statystyczny (po prawej)

HUIHONG Smart Technologies jest dostawcą rozwiązań do zastosowań w zakresie mikrointeligentnej analizy obrazu w branży przemysłowej. Wizja „Trzymać się oryginalności, prowadzić analizę przemysłową za pomocą technologii informacyjnej” może zapewnić użytkownikom inteligentne rozwiązanie do mikroanalizy baterii litowych w całym scenariuszu. "Mikrointeligentny system analizy materiałów baterii litowo-jonowych (LIBMAS)" i "System analizy obcych substancji baterii litowo-jonowych (LIBIAS)" opracowane przez Huihong Smart Technology łączą elektroskopy skanujące o wysokiej rozdzielczości z inteligentnym oprogramowaniem analitycznym, aby rozwiązywać pełną gamę analiz związanych z bateriami litowo-jonowymi od surowców litowo-elektrycznych do biegunów pozytywnych i ujemnych, membran, czystości litowo-elektrycznych, aby pomóc naukowcom opracować lepsze produkty litowo-elektryczne.

Referencje:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Postępy w analizie awarii baterii litowej. Acta Phys. Grzech. , 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.

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

[3] Jang Zhao, Liang Zheng. Zasada i zastosowanie procesu produkcji baterii litowo-jonowych [M].

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

[5] Xiaojianwei, Liu Liangbin, 符泽卫, itp. Jednokryształowy LiNi_{w x}Co_iMn_1-x-yO₂Postępy w badaniach nad materiałami trójpolarnymi[J]. Przemysł baterii, 2017, 21(2): 51-54.

[6] Mao Jiyong, Xu Hanliang. Wpływ porowatości membrany baterii litowo-jonowych na wydajność baterii [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46(14): 78-80.

[7] Huisheng, Jianyongli, Lijiang. Badania kontroli procesów metali i magnetycznych obcych obiektów z materiałów elektrostatów litowych [J].