باتری های لیتیوم یون به دلیل مزایای تمیز، تراکم انرژی بالا و عملکرد چرخه ای خوب به طور گسترده ای در زندگی روزمره ما استفاده می شوند. به ویژه در سال های اخیر، اتومبیل های انرژی جدید، توسعه سریع نیروگاه های ذخیره سازی انرژی، مصرف باتری های لیتیوم یون فراتر از تصور، یک اتومبیل انرژی جدید ادغام هزاران باتری، تا صدها کیلوگرم، مقدار زیادی از باتری متمرکز شده با هم، مسائل امنیتی به ویژه مهم است. در سال های اخیر اتومبیل های الکتریکی باتری لیتیوم، اتومبیل ها و نیروگاه های ذخیره سازی انرژی حادثه انفجاری رخ داده اند، بنابراین، کیفیت باتری لیتیوم، ایمنی و غیره تحقیقات به طور فزاینده ای توسط مردم مورد توجه قرار می گیرد، فناوری بازرسی کیفیت باتری لیتیوم نیز الزامات بالاتری را ارائه می دهد، که شامل مواد مثبت و منفی، غشاء، فویل مس، فویل آلومینیومی و حتی مواد بسته بندی خارجی

اوبو و گروه برای مدت طولانی در زمینه تجزیه و تحلیل میکروسکوپ و الکتروسکوپ کار می کنند، از طریق ارتباط با بسیاری از مشتریان، ما متوجه شدیم که در حال حاضر میکرو تجزیه و تحلیل مشتریان دارای کارایی پایین است، عوامل شخصی تأثیر زیادی دارند، غیر استاندارد سازی و غیره، به همین دلیل ما شرکت فناوری Huihong را تاسیس کردیم، از نرم افزار هوشمند برای اتوماسیون و استاندارد سازی میکرو

سیستم تجزیه و تحلیل هوشمند مواد باتری لیتیوم یون (LIBMAS)

باتری لیتیوم یون به نام کلی باتری با ترکیبات جاسازی شده لیتیوم یون به عنوان الکترود است که عمدتاً به حرکت یون های لیتیوم بین قطب مثبت و منفی متکی است. به دلیل نقص در فرآیند پردازش مواد، باتری های لیتیوم در طول استفاده یا ذخیره سازی هنوز احتمال برخی از خرابی وجود دارد.^[1]به عنوان مثال، الکترودهای منفجر در طول فرآیند شارژ و تخلیه گسترش حجم و انقباض ایجاد می کنند، منجر به ترک شدن ذرات به تدریج می شود که در امتداد نقص های اصلی ایجاد می شوند و گسترش می یابند، منجر به شکستن مکانیکی مواد و تجزیه ساختار الکترود می شوند و باعث پودر شدن مواد الکترود می شوند. خرابی این مواد به شدت کارایی باتری های لیتیوم را کاهش می دهد و بر قابلیت اطمینان و ایمنی استفاده از آن تأثیر می گذارد.

تصویر 1: سیستم تجزیه و تحلیل میکرو هوشمند باتری لیتیوم یون

برای مشکلات مختلفی که در طول استفاده از باتری لیتیوم ایجاد می شود، فناوری هوشمند هوی هونگ نرم افزار انحصاری را برای مشتریان سفارشی کرده است تا تمام نیازهای مشتری را برآورده کند، با استفاده از فناوری های پیشرفته هوش مصنوعی و فناوری پردازش تصویر، می تواند به سرعت و دقیقا شناسایی مجدد کریستال، شناسایی توپ شکسته، قضاوت یکنواختی توزیع ذرات توپ دوباره، آمار منافذ قطعه، آمار منافذ غشاء و غیره تجزیه و تحلیل مواد باتری لیتیوم.

1) شناسایی:

معمولا در هنگام آماده سازی مواد مثبت سه قطبی، روش رسوب مشترک استفاده می شود.^[2]این اجازه می دهد که ذرات یک بار در نانوسطح به ذرات ثانویه کروی انباشت شوند، اما این ساختار انباشت به راحتی شکل شکل می دهد که منجر به کاهش عملکرد باتری می شود.

تصویر دوم: تفاوت هوشمند نرم افزار بین توپ های تقسیم شده و توپ های عادی

از طریق HUIHONG LIBMAS، می توانید به سرعت آمار و محاسبه درآمد توپ شکسته، به دست آوردن اطلاعات شکسته توپ شکسته، در نتیجه بهبود شرایط فرآیند، به عنوان شکل دوم.
درون ذرات مثبت معمولا ساختار چند کریستالی تشکیل ذرات کره دوم است، ما ذرات کره دوم را کنار گذاشتیم و کشف کردیم که قطعه ذرات پس از شارژ و تخلیه چرخه تعداد زیادی ترک وجود دارد، مانند شکل سوم. با استفاده از LIBMAS برای شناسایی منافذ قطعه، به سرعت نتایج منافذ قطعه را بدست آورید.

شکل 3: تشخیص سوراخ های قطعه دوم توپ

2) شناسایی ذرات:

ذرات سه قطبی مثبت معمولاً نیاز به سینتر کردن در اکسیژن خالص در دمای بالا دارند، محصولات سه قطبی که سینتر شده اند معمولاً دارای شکل معمولی جمعی هستند، یعنی از ذرات یک ذره با اندازه حدود چند صد نانومتر تشکیل شده اند، ذرات دوگانه بین چند تا ده میکرون. استفاده از تجزیه و تحلیل آماری مصنوعی در گذشته، پس از تصویربرداری SEM، نیاز به اندازه گیری دستی به صورت فردی، بار کار بزرگ، و وجود خطای اندازه گیری مصنوعی؛ با استفاده از نرم افزار تجزیه و تحلیل هوشمند HUIHONG، شما می توانید عملیات یک کلیک را انجام دهید، فرآیند را ساده کنید و به سرعت نتایج آماری استاندارد شده را در زمان کوتاهی بدست آورید، همانطور که در شکل چهارم است.

شکل چهارم: تشخیص ذرات کره ای دوم که در یک اتحاد دوباره تشکیل می شوند

اندازه ذرات مواد الکترود بر ظرفیت باتری، عملکرد انعطاف پذیری و عملکرد چرخه تاثیر می گذارد^[3]ذرات با اندازه کوچک می توانند مسیر انتشار فاز جامد لیتیوم یون را کوتاه کنند و ذرات متنفر داخلی می توانند کانال های مهاجرت لیتیوم یون بیشتری را فراهم کنند. با این حال، اندازه ذرات بیش از حد کوچک می تواند منجر به کارایی کولون و تراکم شارژ پایین شود و بر ظرفیت کلی باتری تاثیر بگذارد. از طریق LIBMAS می توان به طور موثر اندازه ذرات (طول، عرض، محیط، مساحت و غیره) و توزیع آن را شناسایی کرد، مانند شکل پنجم.

شکل پنجم: نرم افزار به طور خودکار تجزیه ذرات مجدد و قطعات ذرات مجدد

3) شناسایی ذرات تک کریستالی:

در مقایسه با نانوذرات جداگانه، ذرات جمعی دارای مزایای کوچک تر از سطح، تحرک ذرات خوب، تراکم فشرده سازی بالا و قابلیت پردازش بهتر الکترود است. با این حال، در طول فرآیند بارگیری و تخلیه مکرر، الکترود به طور مداوم گسترش و انقباض می یابد و ذرات داخلی به راحتی شکسته می شوند. در مقایسه با مواد مثبت چند کریستالی که به راحتی ذرات را خرد می کنند، بسیاری از مطالعات^[4,5]از خود ساختار کریستالی شروع به بررسی ویژگی های مواد مثبت سه قطبی تک کریستالی شده است، نتایج نشان می دهد که سه قطبی تک کریستالی دارای مقاومت مکانیکی بهتر است، در نتیجه از شکستن ذرات سرکوب می شود و همچنین دارای ثبات حرارتی بهتر در چرخه دمای بالا است. چنین تحقیقاتی نیاز به شناسایی دقیق ذرات تک کریستالی و پارچه های داخلی آن دارند، و LIBMAS می تواند به طور خودکار ذرات تک کریستالی را که در ذرات مجدد مشخص شده اند، شناسایی کند و قطر آنها را اندازه گیری و آمار کند، همانطور که در شکل ششم است.

شکل 6: شناسایی ذرات تک کریستالی

4) تشخیص توپ های دوگانه:

علاوه بر این، LIBMAS می تواند تمام ذرات بزرگ و ذرات کوچک را در تصویر به طور دقیق تشخیص دهد و برابر با اندازه گیری مساحت توزیع ذرات بزرگ و ذرات کوچک را محاسبه کند. تصویر 7.

شکل 7: شناسایی و آمار توزیع یکنواخت ذرات توپ دوگانه

5) آمار درپوشیدگی غشاء:

دیپارتمان باتری لیتیوم به عنوان بخش مهمی از باتری لیتیوم، مواد عملکردی پلیمولکی با ساختار میکرو سوراخ نانومقیاس است که عملکرد اصلی آن جلوگیری از تماس قطبی و ایجاد کوتاه مدار است، در حالی که یون های الکترولیت از طریق آن عبور می کنند. تحقیقات مربوطه تایید کردند^[6]هر چه میکروسوراخ دیافراگم به طور یکنواخت توزیع شود، عملکرد الکتریکی باتری بهتر است.

توزیع سوراخ عمدتا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) مشاهده می شود، اما تنها با چشم برهنه تصویر مشاهده می شود، مشخصات نسبت به سوراخ دارای خطا و کارایی کم است. بنابراین برای بدست آوردن تصویر دقیق تر از پارافیت مواد، نرم افزار پردازش تصویر باید با SEM ترکیب شود تا نیازهای توزیع پارافیت های دیفرانس و تجزیه و تحلیل کمی آن را به دست آورد.

شکل 8: شناسایی منافذ های دیافراگم و آمار منافذ

HUIHONG LIBMAS می تواند به سرعت اطلاعات درخشندگی دیپارتمان را بدست آورد، درخشندگی دیپارتمان، قطر درخشندگی و قطر فیبر را تشخیص دهد و تجزیه و تحلیل آماری کند، بنابراین جزئیات ساختاری سطح دیپارتمان را تصویری توصیف کند و دقت ارزیابی درخشندگی دیپارتمان باتری لیتیوم را بهبود بخشد، مانند شکل 9.

سیستم تجزیه و تحلیل اجسام بیگانه باتری لیتیوم یون (LIBIAS)

در حال حاضر صنایع طبقه بندی فلز و اجسام مغناطیسی در مواد الکتروپود لیتیوم سه جنبه عمده دارد: ذرات بزرگ فلزی و غیر فلزی، اجسام مغناطیسی، Cu / Zn^[7]اجسام بیگانه به روشی وارد می شوند که مواد خام وارد می شوند و در فرآیند تولید تولید می شوند. برای کنترل موثر محتوای غیر فلزی / فلزی / مغناطیسی اجسام خارجی در مواد مثبت منفی باتری لیتیوم یون، به طور کلی از تجهیزات حرفه ای و نرم افزار برای آمار شکل و ترکیب ذرات اجسام خارجی در مواد اولیه بعد از غربالگری استفاده می شود. در صنعت استفاده از روش های نوری یا اندازه گیری دستی، با این حال، این روش های سنتی تشخیص اغلب در دقت، جامع، و یکنواختی نتایج داده ها کمتر یا بیشتر کمبود دارند و چالش های بیشتری برای تشخیص دقیق ایجاد می کنند. در حال حاضر، مشکلات اصلی تشخیص ذرات اجسام بیگانه در مواد باتری لیتیوم عبارتند از: 1) منابع گسترده اجسام بیگانه، ردیابی دشوار، 2) حجم داده های بزرگ، زمان و تلاش، 3) ذرات آسان برای تجمع مجدد، شناسایی دشوار است.

شکل 1: تصویر همان ذرات در میکروسکوپ نوری (چپ)، میکروسکوپ الکترونی (راست) و تشخیص ذرات در طیف EDS

شکل دوم: توزیع تمام ذرات روی فیلتر زیر تصویر الکتروسکوپ

شکل سوم: پدیده تجمع ذرات روی فیلتر

در پاسخ به کمبود نرم افزار سنتی، شرکت فناوری هوی هونگ گروه اوبوتون "سیستم تجزیه و تحلیل اجسام بیگانه باتری لیتیوم یون" (LIBIAS) را توسعه داد. این یک سیستم تجزیه و تحلیل کاملاً خودکار تمیز است که دارای قابلیت های دقیق، کارآمد و آسان عملیات است و می تواند تصاویر BSE با وضوح بالا و تصاویر پردازش، آزمایش کمی عناصر و غیره را انجام دهد. شامل: 1) یک برنامه آزمایشی آسان برای شروع، 2) یک سیستم ویرایش کتابخانه استاندارد باز، و 3) یک کلیک برای تولید نمودار گزارش مربوطه است.

شکل چهارم: نمودار نوع ذرات (چپ)، نمودار آماری سه گانه (راست)

هوی هونگ فناوری هوشمند یک ارائه دهنده خدمات کاربردی تجزیه و تحلیل تصویر هوشمند میکرو در زمینه صنعتی است. با چشم انداز "اصالت، با استفاده از فناوری اطلاعات برای تحلیل صنعتی" می توان یک راه حل میکرو تحلیل هوشمند باتری لیتیوم را برای کاربران فراهم کرد. "سیستم تجزیه و تحلیل میکرو هوشمند مواد باتری لیتیوم یونی" (LIBMAS) و "سیستم تجزیه و تحلیل اجسام بیگانه باتری لیتیوم یونی" (LIBIAS) ، ترکیب الکتروسکوپ اسکن با وضوح بالا با نرم افزار تجزیه و تحلیل هوشمند، از مواد اولیه لیتیوم الکتریکی، به قطب مثبت و منفی، غشاء، لیتیوم الکتریکی تمیز کردن مجموعه ای از تجزیه و تحلیل مربوط به باتری لیتیوم یونی، کمک به محققان برای توسعه محصولات لیتیوم الکتریکی با عملکرد برتر.

مرجع:

[1] وانگ چی-یو، وانگ شو، ژو گی، ژانگ جی-نان، ژنگ جی-یون، یو شی-چیان، لی هونگ. پیشرفت در تحلیل خرابی باتری لیتیوم آکتا فیس گناه , 2018, 67(12): 128501. دوی: 10.7498/aps.67.20180757.

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

[3] یانگ شوبین، لیانگ جینگ. اصل و کاربرد تولید باتری لیتیوم یون [M].

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

[5] شو جیان وی، لیو لیان بین، فوز ز وی و غیره. تک کریستال لینی_ایکسشرکت_ومین_۱-x-yاو₂پیشرفت در مطالعات مواد مثبت سه قطبی [J]. صنعت باتری، 2017, 21(2): 51-54.

[6] ماو جی یونگ، شو هانلیانگ. تأثیر پارافیت غشاء باتری های لیتیوم یونی بر عملکرد باتری [J]. گوانگژو شیمیایی، 2018،46(14): 78-80.

[7] ویشنگ، جین یونگ لی، لی جیانگ. مطالعه کنترل فرآیند فلزات الکتروپود لیتیوم و اجسام مغناطیسی [J]. فلزات رنگی جهانی، 2021(17):166-168.