Giải pháp phân tích vi thông minh của OPPO và pin lithium-ion

Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi vì những ưu điểm của nó như sạch sẽ, mật độ năng lượng cao và hiệu suất chu kỳ tốt. Đặc biệt là trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của xe năng lượng mới, nhà máy điện lưu trữ, việc sử dụng pin lithium-ion vượt quá sức tưởng tượng, một chiếc xe năng lượng mới tích hợp hàng ngàn pin, lên đến vài trăm kg, một lượng lớn pin tập trung lại với nhau, vấn đề an toàn là đặc biệt quan trọng. Trong những năm gần đây, pin lithium xe điện, ô tô và nhà máy điện lưu trữ năng lượng đã xảy ra tai nạn nổ quá mức, do đó, chất lượng pin lithium, an toàn và các khía cạnh khác của nghiên cứu ngày càng được coi trọng, công nghệ kiểm tra chất lượng pin lithium cũng đưa ra yêu cầu cao hơn, bao gồm vật liệu cực dương và âm, màng ngăn, lá đồng, lá nhôm, và thậm chí cả vật liệu đóng gói bên ngoài.

OUBO và Tập đoàn đã tham gia vào công việc phân tích vi mô trong lĩnh vực kính quang học và kính điện trong một thời gian dài, thông qua trao đổi với nhiều khách hàng, chúng tôi phát hiện ra rằng phân tích vi mô của khách hàng hiện nay có hiệu quả thấp, ảnh hưởng của các yếu tố chủ quan của con người lớn, phi tiêu chuẩn hóa và các vấn đề khác, vì vậy chúng tôi đã thành lập Công ty Công nghệ Huihong, sử dụng phần mềm thông minh để thực hiện tự động hóa và tiêu chuẩn hóa phân tích vi mô.

I. Hệ thống phân tích thông minh vi mô vật liệu pin lithium ion (LIBMAS)

Pin lithium-ion đề cập đến các hợp chất nhúng lithium-ion như một thuật ngữ chung cho pin vật liệu điện cực, chủ yếu dựa vào sự di chuyển của các ion lithium để hoạt động giữa các cực dương và âm. Do các khiếm khuyết trong quá trình xử lý vật liệu, pin lithium vẫn có khả năng thất bại nhất định trong quá trình sử dụng hoặc lưu trữ.^[1]Ví dụ, điện cực xốp trong quá trình sạc và xả xảy ra sự giãn nở và co lại về thể tích, dẫn đến sự xuất hiện dần dần của các hạt nứt, những vết nứt này bắt đầu và mở rộng dọc theo các khuyết tật ban đầu, dẫn đến sự phá vỡ cơ học của vật liệu và sự tan rã của cấu trúc điện cực, gây ra bột vật liệu điện cực. Sự thất bại của các vật liệu này làm giảm đáng kể hiệu suất sử dụng của pin lithium, ảnh hưởng đến độ tin cậy và an toàn của việc sử dụng chúng.

Hình 1: Hệ thống phân tích thông minh vi mô pin Huihung Li-ion

Đối với các vấn đề thất bại khác nhau phát sinh trong quá trình sử dụng pin lithium, Huihong Smart Technology đã điều chỉnh phần mềm độc quyền cho khách hàng để đáp ứng tất cả các nhu cầu của khách hàng. Công nghệ AI tiên tiến và công nghệ xử lý hình ảnh có thể được thực hiện nhanh chóng và chính xác để nhận dạng kết hợp tinh thể đơn, nhận dạng bóng nứt, phán đoán đồng nhất phân bố hạt bóng thứ cấp, thống kê lỗ chân lông mặt cắt, thống kê lỗ chân lông màng và phân tích vật liệu pin lithium khác.

1) Xác định:

Thông thường, khi chuẩn bị vật liệu cực dương ba yếu tố, phương pháp đồng kết tủa được sử dụng^[2]Cho phép các hạt sơ cấp nano tích tụ thành các hạt thứ cấp hình cầu, nhưng cấu trúc tích tụ này dễ dàng tạo ra các vết nứt dẫn đến hiệu suất pin suy giảm.

Hình 2: Phần mềm thông minh phân biệt bóng nứt và bóng thường

Thông qua HSIHONG LIBMAS, tỷ lệ bóng nứt có thể được thống kê và tính toán nhanh chóng, thu được thông tin về các vết nứt bóng nứt, do đó cải thiện điều kiện xử lý như Hình II.
Bên trong các hạt tích cực thường là cấu trúc đa tinh thể được hình thành bởi các hạt bóng thứ cấp, chúng tôi đặt các hạt bóng thứ cấp sang một bên và tìm thấy một số lượng lớn các vết nứt trong phần hạt sau khi sạc và xả chu kỳ, như hình ba. Sử dụng LIBMAS để xác định các lỗ chân lông mặt cắt để nhanh chóng có được kết quả lỗ chân lông mặt cắt.

Hình 3: Nhận dạng lỗ chân lông phần bóng thứ cấp

2) Xác định hạt kết tụ:

Các hạt tam phân tích cực thường cần được thiêu kết dưới oxy tinh khiết nhiệt độ cao, các sản phẩm tam phân thiêu kết thường có hình dạng đoàn tụ điển hình, tức là bao gồm các hạt sơ cấp có kích thước hạt khoảng vài trăm nanomet, giữa một vài đến mười micron giữa các hạt bi thứ cấp. Trước đây sử dụng phân tích thống kê nhân tạo, cần phải đo bằng tay từng cái một sau khi hình ảnh SEM, khối lượng công việc lớn, và có lỗi đo lường của con người; Với phần mềm phân tích thông minh Huihong, bạn có thể vận hành bằng một cú nhấp chuột, đơn giản hóa quy trình và nhanh chóng đạt được kết quả thống kê tiêu chuẩn hóa trong một khoảng thời gian ngắn, chẳng hạn như Hình IV.

Hình 4: Xác định hạt bi thứ cấp được hình thành bởi sự đoàn tụ hạt sơ cấp

Kích thước hạt của vật liệu điện cực ảnh hưởng đến công suất, hiệu suất bội số và hiệu suất chu kỳ của pin^[3]. Các hạt kích thước nhỏ có thể rút ngắn con đường khuếch tán pha rắn của lithium ion và các hạt xốp bên trong có thể cung cấp nhiều kênh di chuyển lithium ion hơn. Nhưng kích thước hạt quá nhỏ có thể dẫn đến hiệu quả Coulomb thấp và mật độ làm đầy, ảnh hưởng đến dung lượng tổng thể của pin. Kích thước hạt sơ cấp (chiều dài, chiều rộng, chu vi, diện tích, v.v.) cũng như tình trạng phân phối có thể được xác định hiệu quả thông qua HUIHONG LIBMAS.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

3) Nhận dạng hạt tinh thể đơn:

So với các hạt nano riêng biệt, các hạt hợp nhất có ưu điểm là diện tích bề mặt nhỏ hơn, dòng chảy hạt tốt, mật độ nén cao và khả năng xử lý bùn điện cực tốt. Tuy nhiên, trong quá trình sạc và xả nhiều lần của chất kết tụ, các điện cực liên tục mở rộng và co lại, và các hạt bên trong rất dễ bị phá vỡ. So với các vật liệu tích cực đa tinh thể dễ dàng tạo ra các hạt nghiền, nhiều nghiên cứu^[4,5]Nó đã bắt đầu từ cấu trúc tinh thể chính nó để khám phá các tính chất của vật liệu cực dương ba tinh thể đơn, và kết quả cho thấy rằng bộ ba tinh thể đơn có độ bền cơ học tốt hơn, do đó ức chế sự phá vỡ hạt, và cũng có sự ổn định nhiệt tốt hơn trong chu kỳ nhiệt độ cao. Các nghiên cứu như vậy đòi hỏi phải xác định chính xác các hạt đơn tinh thể và sự phân bố bên trong của chúng, Huihong Technology LIBMAS có thể tự động xác định các hạt đơn tinh thể có đường nét rõ ràng trong các hạt kết tụ và đo lường, thống kê đường kính của chúng, như trong Hình VI.

Hình 6: Xác định các hạt tinh thể đơn

4) Kích thước nhận dạng bóng thứ cấp:

Ngoài ra, HUIHONG LIBMAS cũng có thể xác định chính xác tất cả các hạt bi lớn và nhỏ trên hình ảnh, tính toán tính đồng nhất giữa phân bố hạt lớn và hạt nhỏ dựa trên đánh giá diện tích. Như hình 7.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

5) Thống kê độ xốp màng:

Là một phần quan trọng của pin lithium, màng ngăn pin lithium là vật liệu chức năng cao có cấu trúc micropore cỡ nano, chức năng chính của nó là ngăn chặn ngắn mạch xảy ra do tiếp xúc hai cực, đồng thời cho phép các ion điện phân đi qua. Các nghiên cứu liên quan xác nhận^[6]Sự phân bố khẩu độ vi mô của màng ngăn càng đồng đều, hiệu suất điện của pin càng tuyệt vời.

Sự phân bố khẩu độ chủ yếu được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhưng chỉ bằng cách quan sát hình ảnh bằng mắt thường, có một số lỗi và không hiệu quả trong việc mô tả độ xốp. Do đó, để có được độ xốp của vật liệu một cách chính xác và hình ảnh hơn, cần phải kết hợp phần mềm xử lý hình ảnh với SEM để đạt được sự phân bố lỗ hổng màng ngăn và nhu cầu phân tích định lượng của nó.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Huihong LIBMAS có thể nhanh chóng có được thông tin về độ xốp của màng ngăn, phát hiện độ xốp của màng ngăn, đường kính lỗ và đường kính sợi và phân tích thống kê, do đó mô tả chi tiết cấu trúc bề mặt màng ngăn một cách hình ảnh và cải thiện độ chính xác của đánh giá độ xốp của màng ngăn pin lithium, như trong Hình IX.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Hiện nay ngành công nghiệp phân loại kim loại và vật liệu nước ngoài từ tính trong vật liệu dương điện lithium chủ yếu có ba khía cạnh sau: kim loại và các hạt lớn phi kim loại, vật liệu nước ngoài từ tính, Cu/Zn đơn chất^[7]. Các vật thể nước ngoài được giới thiệu theo cách mà nguyên liệu thô được đưa vào và sản xuất trong quá trình sản xuất. Để kiểm soát hiệu quả hàm lượng vật liệu nước ngoài phi kim loại/kim loại/từ tính trong vật liệu cực dương và âm của pin lithium ion, thường sử dụng thiết bị và phần mềm chuyên nghiệp để thống kê hình dạng và thành phần của các hạt nước ngoài trong nguyên liệu thô sau khi sàng lọc ban đầu. Trước đây, các phương pháp đo lường bằng gương hoặc thủ công đã được sử dụng trong ngành công nghiệp, tuy nhiên, các phương pháp phát hiện truyền thống này thường thiếu hoặc nhiều hơn về độ chính xác, toàn diện và nhất quán của kết quả dữ liệu, đặt ra những thách thức lớn hơn cho việc phát hiện chính xác. Hiện nay, việc phát hiện các hạt vật liệu lạ trong vật liệu pin lithium chủ yếu phải đối mặt với các vấn đề: 1) nguồn gốc rộng của vật liệu lạ, khó tìm nguồn gốc, 2) khối lượng dữ liệu lớn, tốn thời gian và công sức, 3) các hạt dễ dàng để đoàn tụ và khó xác định.

Hình 1: Hình ảnh của cùng một hạt dưới kính hiển vi quang học (trái), kính hiển vi điện tử (phải) và nhận dạng phổ EDS Thành phần chính của hạt là Fe

Hình 2: Sự phân bố của tất cả các hạt trên màng lọc dưới hình ảnh kính

Hình 3: Hiện tượng kết tụ hạt trên màng lọc

Để đối phó với sự thiếu hụt của phần mềm truyền thống, Tập đoàn Công nghệ Huihong của Oppo đã phát triển "Hệ thống phân tích vật thể lạ pin lithium ion" (LIBIAS). Đây là một hệ thống phân tích độ sạch hoàn toàn tự động kết hợp các chức năng hoạt động chính xác, hiệu quả và dễ dàng. Nó có thể đạt được các chức năng như chụp ảnh và xử lý hình ảnh HD BSE, kiểm tra định lượng các yếu tố, v.v. Bao gồm: 1) Chương trình kiểm tra dễ dàng, 2) Hệ thống chỉnh sửa thư viện tiêu chuẩn mở, 3) Tạo biểu đồ báo cáo tương ứng bằng một cú nhấp chuột.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Công nghệ thông minh Hối Hồng là một nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng phân tích hình ảnh thông minh vi mô tập trung vào lĩnh vực công nghiệp. Với tầm nhìn "tuân thủ bản gốc và dẫn đầu phân tích công nghiệp với công nghệ thông tin", nó có thể cung cấp cho người dùng giải pháp phân tích vi mô thông minh pin lithium toàn cảnh. Huihong Intelligent Technology đã phát triển "Hệ thống phân tích thông minh vi mô vật liệu pin lithium ion (LIBMAS)" và "Hệ thống phân tích vật liệu nước ngoài pin lithium ion (LIBIAS)", kết hợp gương quét hiệu suất cao với phần mềm phân tích thông minh, để giải quyết tất cả các phân tích liên quan đến pin lithium ion từ nguyên liệu lithium, đến tấm cực dương và âm, màng ngăn, độ sạch điện lithium, giúp các nhà nghiên cứu phát triển các sản phẩm điện lithium có hiệu suất vượt trội hơn.

Tài liệu tham khảo:

[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Tiến bộ về phân tích lỗi pin lithium. Acta Phys. Tội lỗi. , 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.

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

[3] Dương Thiệu Bân, Lương Chính. Nguyên tắc và ứng dụng quy trình sản xuất pin lithium ion [M].

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

(văn) ① Lầm lẫn; ② Giả dối. Đơn tinh thể LiNi_xCông ty_yNhân_1-x-yO₂Tiến bộ trong nghiên cứu vật liệu tích cực ba [J]. Ngành công nghiệp pin, 2017, 21 (2): 51-54.

[6] Mao Jiyong, Hui Hanliang. Ảnh hưởng của độ xốp màng cho pin lithium ion đối với hiệu suất pin [J]. Guangzhou Chemical, 2018,46 (14): 78-80.

(văn) ① Lầm lẫn; ② Giả dối. Vật liệu dương Lithium Nghiên cứu về kim loại và kiểm soát quá trình vật chất nước ngoài từ tính[J]. kim loại màu thế giới, 2021(17):166-168.