Giải pháp ứng dụng tích hợp đa mô-đun đa quy mô cho ngành công nghiệp pin lithium (kết nối quang điện):

Khả năng phối hợp của kính hiển vi Zeiss, kính điện và kính hiển vi tia X

Giới thiệu: "Thách thức quy mô" trong R&D và sản xuất pin lithium

Pin lithium hoạt động như một tàu sân bay cốt lõi của ngành công nghiệp năng lượng mới với hiệu suất tăng (chẳng hạn như mật độ năng lượng)> 300Wh / kg), đảm bảo an toàn (như ức chế mất kiểm soát nhiệt) và tối ưu hóa tuổi thọ (như tuần hoàn)>5000Thứ hai) phụ thuộc cao vào nhận thức chính xác về cấu trúc vi mô vật liệu, khiếm khuyết thành phần và cơ chế lão hóa. Tuy nhiên, phân tích lỗi hoặc tối ưu hóa hiệu suất của pin lithium phải đối mặt với điển hình“Vấn đề Multiscale”——Từ lỗ hổng đóng gói mô-đun pin cho macro (lớp milimet), đến các điện cực/Cấu trúc vi mô của màng ngăn (cấp micron), đến giao diện và ranh giới hạt của các hạt hoạt động (cấp nanomet), một kỹ thuật đặc tính duy nhất gặp khó khăn trong việc đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chuỗi.

Zeiss dựa vào kính hiển vi quang học (kính quang học), kính hiển vi điện tử (kính điện) vàX-Hiển thị manipulator (XRM) Tích lũy công nghệ trong lĩnh vực, đưa ra giải pháp tổng hợp đa mô - đun "Liên kết quang điện", thông qua định vị nhanh của kính quang điện,XRMPhân tích cấu trúc ba chiều không tổn hại, phân tích độ phân giải cao cấp nano của gương điện, và sự phối hợp xuyên quy mô giữa ba thứ, thực hiện từ "phát hiện khiếm khuyết".”Toàn bộ quá trình bảo hiểm đến "nguồn gốc cơ học" đã cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho việc nghiên cứu, phát triển, sản xuất và đánh giá dịch vụ pin lithium.

Giải pháp công nghiệp Zeiss

I. Photoscope: "Lưới sàng lọc đầu tiên" cho các khuyết tật vĩ mô

Trong quá trình sản xuất pin lithium, các khuyết tật vĩ mô (như mảng cực, lớp đóng gói, ô nhiễm vật liệu lạ) là nguyên nhân trực tiếp gây ra ngắn mạch, mất kiểm soát nhiệt, cần được xác định và đánh chặn nhanh chóng ở giai đoạn đầu. Kính hiển vi quang học Zeiss (ví dụ:Axio Zoom. V16Kính hiển vi kỹ thuật số,Máy hình ảnh Axioloạt) nhưĐộ phân giải cao (độ phân giải mặt phẳng quang học)0,7 μm), Tầm nhìn lớn (đường kính trường nhìn tối đa)≥ 23mm), Chiếu sáng linh hoạt (trường sáng)/Cánh đồng tối/phân cực (Là lợi thế cốt lõi, trở thành kiểm soát chất lượng dây chuyền sản xuất.“Mắt”。

Axio Zoom. V16Kính hiển vi kỹ thuật số

Cảnh ứng dụng điển hình:

Phát hiện lỗi sản xuất chip cực: Đối với quá trình cắt chết/laser của các tấm cực dương và tiêu cực, gương ánh sáng có thể nhanh chóng quét các cạnh của các tấm cực, tự động xác định kích thước burr (chiều dài/chiều rộng/góc) bằng hình ảnh tương phản cao (chẳng hạn như chế độ trường tối để tăng cường sự khác biệt phản xạ giữa burr và chất nền), độ chính xác lên đến mức submicron. Ví dụ, pin lithium điện yêu cầu chiều dài burr của tấm cực ≤ 50% độ dày cơ hoành (độ dày cơ hoành thông thường 12-16μm, tương ứng với burr cần<6-8μm), kính quang học kết hợp với phần mềm phân tích hình ảnh có thể thống kê phân phối burr hàng loạt để tránh rò rỉ nhân tạo.

Kiểm tra chất lượng thành phần đóng gói: Đối với gói màng nhôm nhựa cho pin bọc mềm, gói quanh co cho pin hình trụ, gương ánh sáng có thể phát hiện bong bóng, lớp trên cạnh của gói (chẳng hạn như màng nhôm nhựa)PPCác vấn đề như các tầng với các tầng nhôm, các nếp nhăn cực, v. v. Với ánh sáng phân cực, giao diện của các vật liệu khác nhau có thể được phân biệt rõ ràng (chẳng hạn như sự khác biệt chỉ số khúc xạ của lá nhôm so với màng polymer), hỗ trợ tối ưu hóa các thông số quá trình đóng gói (chẳng hạn như nhiệt độ niêm phong nhiệt)/áp lực).

Vật lạ và định vị ô nhiễm: Trong lớp phủ tấm cực hoặc liên kết lắp ráp lõi điện, gương ánh sáng có thể nhanh chóng xác định vị trí các hạt kim loại (chẳng hạn như vụn sắt), bụi và các vật thể nước ngoài khác, kết hợp với hình ảnh màu để ghi lại vị trí khiếm khuyết, cho gương tiếp theo hoặcXRMPhân tích điểm cung cấp dẫn hướng.

Phân tích bất thường nứt

II. Kính hiển vi tia X (XRM): Mắt thấu thị của cấu trúc ba chiều không phá hủy

Sau khi xác định vị trí khuyết tật vĩ mô, cần phân tích thêm cấu trúc vi mô bên trong pin (chẳng hạn như độ xốp điện cực, phân bố lỗ màng, trạng thái nghiền hạt), trong khi việc tạo mẫu cắt lát truyền thống sẽ phá hủy trạng thái ban đầu và khó phản ánh điều kiện làm việc thực tế. Châu ÁXRM(Ví dụ nhưXradia Versa 520/630loạt) nhưKhông phá hủy, độ phân giải cao (submicron đến50nm) Hình ảnh liên tục đa quy môĐặc điểm, trở thành phân tích cấu trúc bên trong của pin lithium“Công cụ cốt lõi”。

Xradia 630 Versaloạt

Giá trị cốt lõi và ứng dụng điển hình:

Kiểm tra không phá hủy pin đóng gói: Hình ảnh 3D của pin đã hoàn thành (bao gồm cả gói mềm, hình trụ, vỏ vuông) có thể được thực hiện mà không cần tháo rời, xác định trực tiếp các khuyết tật chôn sâu bên trong - chẳng hạn như các vết nứt nhỏ ở góc cực dương trong lõi cuộn (có thể gây chặn vận chuyển lithium-ion), tạp chất kim loại trong màng ngăn (chẳng hạn như các mảnh sắt cắt còn sót lại), sự phân tầng giữa các mảnh cực và chất thu (ảnh hưởng đến dẫn điện tử). Độ sâu xuyên thấu milimet của XRM (thường là 1-10mm) cân bằng "quan sát tổng thể" với "chụp chi tiết" với độ phân giải micron (lên đến 0,5μm).

Điện cực/Phân tích cấu trúc định lượng màng ngăn: Bằng cách tái cấu trúc ba chiều, vật liệu tích cực có thể được tính toán (chẳng hạn nhưNCMnguyên tố Astatine (Phân phối độ xốp(Theo chiều dọc/), tọa độ&phương trình (Mức độ vỡ(mật độ nứt của các cạnh của các hạt sau khi chu kỳ), và của cơ hoànhĐộ xốp và xoắn(Ảnh hưởng đến hiệu suất truyền ion lithium). Ví dụ, nghiên cứu cho thấy độ xốp của màng ngăn thấp hơn30%hoặc khi xoắn quá cao, điện trở bên trong pin tăng lên đáng kể,XRMCác thông số này có thể được định lượng trực tiếp, hướng dẫn lựa chọn cơ hoành hoặc tối ưu hóa quá trình phủ.

Theo dõi động cơ lão hóa: Không phá hủy pin trước và sau chu kỳ3DHình ảnh tương phản, có thể quan sát bề mặt của điện cực sau chu kỳMở rộng Crack(chẳng hạn như sự phá vỡ tiến bộ của các cạnh tiêu cực của than chì), bột của các hạt (dẫn đến sự sụp đổ của các hoạt chất), và phân phối không gian của lắng đọng kim loại lithium (tăng trưởng nhánh). Liên kết tại chỗXRMCông nghệ (như Zeiss)Xradia 520 VersaMô-đun phân tích ứng suất), cũng có thể nghiên cứu sự thay đổi thể tích của vật liệu điện cực trong quá trình sạc và xả (chẳng hạn như tốc độ giãn nở âm silic)>300%nguyên nhân dẫn đến sụp đổ cấu trúc).

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Khi cần phân tích“Tại sao những khiếm khuyết”hoặc“Bản chất của Interface Failure”Khi cần thiết phải đi đến cấp độ nano, thậm chí cấp độ nguyên tử.——Ví dụ như cấu trúc tinh giới của các hạt hoạt tính,SEIThành phần của màng (mặt nạ ranh giới điện phân rắn), hình dạng lắng đọng của lithium kim loại. Kính Zeiss (chẳng hạn như kính quét phát xạ trường)SEM,Đôi chùm kính điệnCrossbeamloạt, gương truyềnTập đoàn TEMphương trình (Độ hòatan nguyênthủy(≤0.5nm() Phân tích thành phần đa chức năng.EDS / EBSD), Công nghệ bảo vệ mẫu nhạy cảmVì lợi thế, trở thành "công cụ" cho nghiên cứu cơ chế vi mô.

Châu Ácủa SigmaDòng kính hiển vi điện tử phát xạ trường

Đột phá và ứng dụng công nghệ then chốt:

Đặc tính phân giải cao của hạt và giao diện: Đối với vật liệu tích cực (ví dụ: niken cao)Mẫu số NCM811) hoặc vật liệu cực âm (chẳng hạn như cực âm hợp chất silicon-carbon), phát xạ trườngSEMCó thể đạt được hình ảnh hình dạng nano (chẳng hạn nhưNCMTính toàn vẹn cấu trúc bóng thứ cấp của các hạt, dấu vết của sự giãn nở thể tích của các hạt silicon), liên kếtEDSPhân tích phổ năng lượng có thể phát hiện tính đồng nhất của sự phân bố các nguyên tố (chẳng hạn như phân tách tỷ lệ niken, coban, mangan có thể dẫn đến giảm độ ổn định nhiệt cục bộ). Đôi chùm gươngCrossbeamSeries được thông qua nhiều hơnFIB(chùm ion tập trung) Cắt chính xác một khu vực cụ thể để lộ ranh giới hạt hoặc khiếm khuyết giao diện bên trong hạt (chẳng hạn như lớp sản phẩm phụ được tạo ra bởi phản ứng tích cực với chất điện phân).

Chuẩn bị không phá hủy các mẫu nhạy cảm: Đối với các mẫu có cực âm kim loại lithium hoặc có thành phần từ tính (ví dụ:LiFePO4 là Động tác Balanced force technique (-Hiển thị manipulator (≤5kV）Giảm thiệt hại chùm tia điện tử và kết hợp với bảng mẫu đông lạnh (tránh oxy hóa kim loại lithium) hoặc công nghệ đánh bóng chùm ion, giữ lại cấu trúc ban đầu của mẫu. Ví dụ, khi nghiên cứu sự phát triển của nhánh lithium, điện áp thấpSEMBạn có thể quan sát rõ ràng hình dạng 3 chiều của các chi nhánh (như mật độ và chiều dài của các chi nhánh), kết hợpEDSPhân tích các sản phẩm phân hủy điện phân trên bề mặt của tinh thể nhánh (ví dụ:LiF、Li2CO3）。

Liên kết chéo các nguồn khiếm khuyết: KhiXRMSau khi xác định vị trí các vết nứt hoặc khuyết tật chôn sâu bên trong pin, gương có thể đi quaFIBCắt mặt cắt ngang của khu vực lộ ra, vớiSEMQuan sát hướng nứt (chẳng hạn như nếu nó mở rộng dọc theo ranh giới hạt) hoặc hình thức nghiền hạt (chẳng hạn như vỡ cạnh của cực âm than chì) trước khi đi quaEDSPhân tích sự biến thiên của các nguyên tố xung quanh vết nứt (chẳng hạn như các ion kim loại chuyển tiếp hòa tan từ cực dương và lắng đọng trên bề mặt cực âm, tăng tốcSEIĐộ dày mối hàn góc ( Loại "vĩ mô" này.→Vi mô→Độ sâu của nano đã giải quyết giới hạn của phương pháp truyền thống "chỉ thấy cây mà không thấy rừng".

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Ưu thế của Thái Tư là đem kính chiếu sáng,XRMBa mô - đun công nghệ lớn, kính điện, dung hợp sâu, hình thành "phát hiện khiếm khuyết→Phân tích cấu trúc→Thông số kỹ thuật sản phẩm Thông tin sản phẩm Bình Luận(

Ví dụ về quy trình làm việc điển hình:

1. Định vị vĩ mô: Kính hiển vi quang học dây chuyền sản xuất sàng lọc nhanh chóng các gờ cực (chẳng hạn như chiều dài gờ cạnh của một lô pin quá mức), đánh dấu lõi vấn đề;

2. Phân tích cấu trúc không phá hủy：XRMTiến hành với lõi này3Dhình ảnh, tìm thấy một thủng màng ngăn gần burr (độ sâu xấp xỉ20μm), và quan sát thấy các vết nứt nhỏ ở các góc tích cực (chiều dài xấp xỉ50μm）；

3. Nghiên cứu cơ học nano: Thông quaFIBởXRMKhu vực khiếm khuyết của vị trí cắt lát, vớiSEMQuan sát dư lượng điện phân bên trong vết nứt (chẳng hạn như các sản phẩm phân hủy cacbonat), liên kếtEDSPhân tích phát hiện ra rằng các ion niken (từ cực dương) được làm giàu trên các cạnh của vết nứt, xác nhận rằng các vệt gây ra ngắn mạch cục bộ sau khi đâm thủng màng ngăn, dẫn đến sự suy thoái của hoạt chất.

Ngoài ra, trong nghiên cứu và phát triển liên kết quang điện cũng có thể được sử dụngXác minh tối ưu hóa vật liệu——Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (→XRMĐịnh lượng độ xốp→Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (XRMXem các lỗ hổng giao diện→REFERENCES [Tên bảng tham chiếu] (

Giải pháp quang điện Zeiss

Kết luận: Nâng cấp công nghiệp pin lithium hợp tác đa quy mô

Sự đột phá về hiệu suất của pin lithium đã bước vào giai đoạn "kiểm soát tinh tế ở cấp độ nano", với những hạn chế của một công nghệ duy nhất ngày càng nổi bật. Giải pháp đa mô-đun cho kết nối quang điện của Zeiss, thông qua gương ánh sáng“Rộng và nhanh”、XRMcủa“Sâu và trong suốt”Kính điện.“Tốt và sâu”Và sự kết nối không kẽ hở giữa ba thứ, không chỉ giải quyết các biểu tượng truyền thống.“Lỗi quy mô”“Thông tin Isolated”Điểm đau, càng thúc đẩy từ“Kinh nghiệm thử và sai”đến“Điều khiển dữ liệu”Chuyển đổi mô hình nghiên cứu phát triển. Trong tương lai, khi các yêu cầu về an toàn và mật độ năng lượng của ngành công nghiệp năng lượng mới tiếp tục được cải thiện, chương trình toàn diện đa quy mô của Zeiss sẽ trở thành nền tảng công nghệ cốt lõi của sự đổi mới pin lithium, giúp chuyển đổi năng lượng toàn cầu lên một tầm cao mới.