Baterias de íons de lítio são amplamente usadas em nossa vida diária devido às suas vantagens de limpeza, alta densidade de energia e bom desempenho de circulação. Especialmente nos últimos anos, o rápido desenvolvimento de veículos de nova energia, usinas de armazenamento de energia, o uso de baterias de íons de lítio ultrapassou a imaginação, um veículo de nova energia integrou milhares de baterias, até centenas de quilos, grandes quantidades de baterias concentradas juntas, questões de segurança são especialmente importantes. Nos últimos anos, os veículos elétricos de bateria de lítio, automóveis e usinas de armazenamento de energia têm sofrido acidentes de explosão, portanto, a qualidade da bateria de lítio, a segurança e outros aspectos da pesquisa são cada vez mais valorizados, a tecnologia de inspeção da qualidade da bateria de lítio também apresenta requisitos mais altos, que cobrem materiais de pólos positivos e negativos, membranas, folha de cobre, folha de alumínio e até mesmo materiais de embalagem externa.

O Opbo e o grupo de longa data envolvidos no campo da microanálise de óptoscópios e eletroscópios, através da comunicação com uma ampla gama de clientes, descobrimos que a microanálise dos clientes é ineficiente, os fatores subjetivos humanos têm grande impacto, não padronização e outros problemas, para isso criamos a empresa de tecnologia Huihong, usando software inteligente para automatizar e padronizar a microanálise.

Sistema de Análise Microinteligente de Materiais de Baterias de Íons de Lítio (LIBMAS)

Bateria de íons de lítio refere-se ao composto incorporado de íons de lítio como o nome geral da bateria de material de eletrodo, que depende principalmente de íons de lítio movendo-se entre os polos positivos e negativos para trabalhar. Devido a defeitos no processamento de materiais, a bateria de lítio ainda terá uma certa probabilidade de falha durante o uso ou armazenamento.^[1]Por exemplo, os eletrodos porosos se expandem e contraem durante o processo de carga e descarga, causando rachaduras nas partículas que crescem e se expandem ao longo dos defeitos originais, levando à ruptura mecânica do material e à desintegração da estrutura do eletrodo, causando a pulverização do material do eletrodo. A falha desses materiais reduz significativamente o desempenho das baterias de lítio, afetando a confiabilidade e a segurança de seu uso.

Figura 1: Sistema de análise micrológica inteligente de bateria de íons de lítio de Huihong

Para vários problemas de falha gerados durante o uso da bateria de lítio, a tecnologia inteligente de Huihong personaliza o software exclusivo para os clientes, atendendo a todas as necessidades dos clientes, usando tecnologia avançada de IA e tecnologia de processamento de imagem, que pode realizar o reconhecimento rápido e preciso de reunião de cristal único, reconhecimento de bola de fissura, julgamento da uniformidade da distribuição de partículas de bola secundária, estatísticas de poros de seção, estatísticas de poros de membrana e análise de materiais de bateria de lítio.

1) Identificação:

Normalmente, ao preparar materiais tripolares positivos, o método de co-precipitação é usado^[2]A reunião de partículas secundárias de nível nanométrico é acumulada em partículas secundárias esféricas, mas essa estrutura de acumulação é pronta para formar rachaduras, o que resulta em deterioração do desempenho da bateria.

Figura 2: Software inteligente distingue entre as bolas divididas e as bolas normais

Com o HUIHONG LIBMAS, é possível contar e calcular rapidamente a proporção de esferas de fissura para obter informações sobre as fissuras de esferas de fissura, melhorando assim as condições do processo, como na Figura II.
O interior das partículas positivas é geralmente uma estrutura policristalina formada por partículas esféricas secundárias, nós colocamos as partículas esféricas secundárias de lado e descobrimos que a seção de partículas após a carga e descarga circulares apresenta uma grande quantidade de fissuras, como na Figura 3. Use o LIBMAS para identificar os poros de seção e obter resultados de poros de seção rapidamente.

Figura 3: Reconhecimento dos poros da secção de bola secundária

2) Identificação de partículas agromericas:

As partículas tripolares positivas geralmente precisam ser sinterizadas em oxigênio puro a altas temperaturas, e os produtos tripolares sinterizados geralmente têm uma forma típica de aglomeração, ou seja, composta de partículas primárias com tamanho de partículas de cerca de algumas centenas de nanômetros, partículas esféricas secundárias entre algumas e dezenas de mícrons. Anteriormente, a análise estatística artificial foi usada, após a imagem de SEM, medição manual um por um, carga de trabalho grande e erros de medição artificial; Adotando o software de análise inteligente Huihong, você pode operar com um clique, simplificar o processo e obter resultados estatísticos padronizados rapidamente em pouco tempo, como na Figura IV.

Figura 4: Reconhecimento de partículas esféricas secundárias formadas por uma única reunião de partículas

O tamanho das partículas do material do eletrodo afeta a capacidade, o desempenho de ampliação e o desempenho de ciclo da bateria^[3]. As partículas de pequeno tamanho podem encurtar o caminho de difusão da fase sólida de íons de lítio e as partículas porosas internas podem fornecer mais canais de migração de íons de lítio. No entanto, o tamanho de partículas muito pequeno pode levar a uma baixa eficiência e densidade de enchimento de Köln, afetando a capacidade da bateria como um todo. O LIBMAS pode ser usado para identificar de forma eficiente o tamanho das partículas (comprimento, largura, perímetro, área, etc.) e a distribuição, como na Figura V.

Figura 5: Software distingue automaticamente partículas reunidas e secções de partículas reunidas

3) Identificação de partículas monocristalinas:

Em comparação com as nanopartículas individuais, as partículas de aglomerado têm as vantagens de serem menores do que a área de superfície, melhor fluidez das partículas, alta densidade de compactação e melhor processabilidade da pasta de eletrodos. No entanto, durante o processo de carga e descarga repetidas do agrupamento, os eletrodos continuam a se expandir e contraer, e as partículas internas são muito fáceis de quebrar. Em comparação com os materiais polipolares que geram partículas esmagadas, muitos estudos^[4,5]Começou a partir da própria estrutura cristalina para explorar as propriedades dos materiais monocristalinos tripolares positivos, e os resultados mostraram que o tripolar monocristalino tem uma melhor resistência mecânica, inibindo assim a quebra de partículas e também uma melhor estabilidade térmica no ciclo de alta temperatura. Este tipo de pesquisa requer a identificação precisa das partículas monocristalinas e de seus tecidos internos, e o LIBMAS pode identificar automaticamente as partículas monocristalinas com contorno claro nas partículas reunidas e medir e contar seu diâmetro, como na Figura 6.

Figura 6: Identificação de partículas monocristalinas

4) Reconhecimento de bola de tamanho secundário:

Além disso, o LIBMAS pode identificar com precisão todas as partículas de esferas secundárias grandes e pequenas na imagem e calcular a uniformidade da distribuição de partículas grandes e pequenas com base no julgamento da área. Como na Figura 7.

Figura 7: Identificação e estatística da uniformidade da distribuição de partículas de esferas secundárias de tamanho

5) Estatística da porosidade da membrana:

A membrana da bateria de lítio, como um componente importante da bateria de lítio, é um material funcional polimérico com estrutura de microporosidade de nanoescala, cuja função principal é evitar o contato polar e o curto-circuito, ao mesmo tempo em que os íons eletrólitos passam. Estudos relevantes confirmam^[6]Quanto mais uniforme for a distribuição do microporo da diafragma, melhor será o desempenho elétrico da bateria.

A distribuição da abertura é observada principalmente por microscópio eletrônico de varredura (SEM), mas somente com imagens observadas a olho nu, a caracterização da porosidade é errada e ineficiente. Portanto, para obter uma imagem mais precisa da porosidade do material, é necessário combinar o software de processamento de imagem com o SEM para atender às necessidades de distribuição dos poros da diafragma e sua análise quantitativa.

Figura 8: Identificação de porosidade e estatísticas de porosidade

O LIBMAS pode obter rapidamente informações sobre a porosidade da diafragma, detectar a porosidade da diafragma, o diâmetro do poro e o diâmetro da fibra e analisar estatisticamente, descrevendo visualmente os detalhes estruturais da superfície da diafragma e melhorando a precisão da avaliação da porosidade da diafragma da bateria de lítio, como na Figura IX.

Sistema de Análise de Alimentos de Bateria de Íons de Lítio (LIBIAS)

A classificação atual da indústria de metais e objetos estranhos magnéticos em materiais de eletrópolos de lítio tem os seguintes três aspectos: grandes partículas metálicas e não metálicas, objetos estranhos magnéticos, monomatéria Cu / Zn.^[7]. A forma como os objetos estranhos são introduzidos é que as matérias-primas são introduzidas e geradas durante o processo de fabricação. Para controlar eficazmente o conteúdo de objetos estranhos não metálicos / metálicos / magnéticos nos materiais positivos e negativos da bateria de íons de lítio, geralmente é usado equipamento profissional e software para a formação e composição das partículas estranhas nas matérias-primas após a triagem inicial. Os métodos de medição óptica ou manual foram usados ​​na indústria, mas esses métodos de detecção tradicionais tendem a ter mais ou menos deficiências na precisão, abrangência e consistência dos resultados dos dados, o que representa um desafio para a detecção precisa. Atualmente, os principais problemas de detecção de partículas estranhas em materiais de bateria de lítio são: 1) fontes extensas e difíceis de rastrear, 2) grandes quantidades de dados e esforço demorado, 3) partículas fáceis de reunir e alta dificuldade de identificação.

Figura 1: Imagem da mesma partícula sob o microscópio óptico (esquerda) e o microscópio eletrônico (direita), respectivamente, e o componente principal da partícula identificada pela espectroscopia EDS é Fe

Figura 2: Distribuição de todas as partículas na membrana filtrada sob a imagem do eletroscópio

Figura 3: Reunião de partículas na membrana de filtro

Para responder às deficiências do software tradicional, a Empresa Huihong Technologies, do Grupo Opodong, desenvolveu o "Sistema de Análise de Objetos Estrangeiros de Bateria de Íons de Lítio" (LIBIAS). Este é um sistema totalmente automático de análise de limpeza com precisão, eficiência e facilidade de operação, que permite captura de imagens BSE de alta definição e processamento de imagens, testes quantitativos de elementos, etc. Inclui: 1) um programa de teste fácil de começar, 2) um sistema de edição de bibliotecas padrão aberto e 3) a geração de gráficos de relatórios correspondentes com um clique.

Figura 4: Gráfico do tipo de partícula (esquerda), gráfico estatístico tridimensional (direita)

A HUIHONG Smart Technologies é um fornecedor de soluções de aplicações de análise de imagens micro-inteligentes no setor industrial. Com a visão de "ser original e liderar a análise industrial com a tecnologia da informação", podemos fornecer aos usuários soluções de microanálise inteligentes de bateria de lítio em todo o cenário. O sistema de análise microinteligente de materiais de bateria de íons de lítio (LIBMAS) e o sistema de análise de objetos estranhos de bateria de íons de lítio (LIBIAS) desenvolvidos pela Huihong Smart Technology combinam o eletrôscopo de varredura de alta resolução com o software de análise inteligente para resolver a análise relacionada com a bateria de íons de lítio, desde matérias-primas elétricas de lítio até polos positivos e negativos, diafragmas e limpeza elétrica de lítio, ajudando os pesquisadores a desenvolver produtos elétricos de lítio com desempenho superior.

Referências:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progresso na análise de falhas da bateria de lítio. Acta Phys. O 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. Princípios e aplicações do processo de fabricação de baterias de íons de lítio [M].

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

[5] Xiaojianwei, Liu Liangbin, 符泽卫, etc. cristal único LiNi_xCo_eMn_1-x-yO₂Progresso da Pesquisa de Materiais Positivos Tripolares[J]. Indústria da Bateria, 2017, 21(2): 51-54.

[6] Mao Jieyong, Xu Hanliang. Efeito da porosidade da membrana da bateria de íons de lítio no desempenho da bateria [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46(14): 78-80.

[7] Huisheng, Jianyongli, Lijiang. Estudo do controle de processos de metais e objetos estranhos magnéticos em materiais de eletropodo de lítio [J].Metais não ferrosos do mundo, 2021(17):166-168.