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锂离子电池、新一代电池的新观察和分析

发布时间:2022-09-08    点击量:614

锂离子电池、新一代电池的新观察和分析

人们对于日趋小型、纤薄的电子设备、要求大容量和安全性的车载电池、住宅蓄电系统等需求的扩大,使锂离子电池成为重要的工业领域。锂离子电池的蓄电容量和充电速度不断提高,同时也存在发热、冒烟、起火等不容忽视的风险。因此,在研发、品质保证、品质管理阶段,确保安全性是人们需要解决的课题。
随着锂离子电池的改良及其性能的提高,各企业正在推进新一代二次电池的开发。下面将介绍有望普及和应用的、具有代表性的新一代电池的种类和特点。然后总结在各公司展开激烈竞争的二次电池行业中存在的有关观察和分析的课题。


有望普及和应用的新一代电池

随着EV(电动汽车)等用途范围的扩大,新一代二次电池需要拥有更大的容量和更高的安全性。该课题决定着今后业务的走向,因此各类大中小企业都积极参与到研发当中。下面  将介绍代表性的新一代电池。

·锂离子空气电池

被认为理论容量密度可超过1万 Wh/kg,在实际试验中已确认达到约600 Wh/kg。负极采用金属锂,但是由于金属锂容易析出,在与空气中的水分发生反应时,会对安全性和特性造成负面影响,成为了现在面临的课题。

 

·全固态电池

没有锂离子电池那样的电解液,使用固态电解质作为隔膜。优点是形状自由度高,不必担心漏液。理论容量密度为2000 Wh/kg以上。这是理论上的值,现阶段以500 Wh/kg以上为目标,推进针对应用的研发。充放电速度快,即使反复执行充放电循环,也不易劣化,因此这也是优点之一。
固态电解质有硫化物和氧化物。虽然前者具有优秀的特性,但是在起火或浸水时有产生硫化氢的危险。从可配备于电子设备的小型全固态电池开始投入生产。

 

·新一代锂离子电池

采用硅和石墨烯作为负极材料,在有效利用现有制造工序的同时,以增加容量为目的进行研发。通过更改电解液加速充放电过程也成为了备受关注的研究项目。

 

·锂硫磺电池

理论容量密度为2500 Wh/kg,高于全固态电池,由于不采用钴等高价材料,有望实现低成本、大容量的优势。不过,它的导电性和稳定性低,充放电循环的特性恶化成为课题之一。

 

·钠离子电池

容量密度与目前的锂离子电池相同或略差,但是不需要稀有金属,可使用现有的生产设备,因此它具有低成本生产的优势。与现有的锂离子电池相同,它也存在析出时反应剧烈等安全方面的课题以及充放电造成的特性恶化。


提高锂离子电池观察、分析、评价效率的4K数码显微镜系统的案例

近年来,随着数码显微系统的技术进步,解决了传统显微镜的诸多课题,通过简单操作更快、更清晰地放大观察二次电池的各个部位*。全新数码显微系统可显著提高尺寸测量、污染物(异物)分析、利用图像和数值数据制作报告等工作的效率。
*与本公司旧VH系列产品的比较

基恩士的超高精细4K数码显微系统“VHX系列"采用先进的高分辨率HR镜头、4K CMOS、照明、图像处理技术进行清晰的图像和尺寸测量,提高了二次电池的观察、分析、评价的效率。
下面将介绍使用“VHX系列"进行锂离子电池的观察、分析案例。


异物的计数(符合ISO标准的清洁度分析)

“VHX系列"实现了符合汽车行业的清洁度标准ISO16232/VDA19的清洁度测量。配备精准的自动面积测量、计数功能,利用内置的高功能照明,获取高分辨率、大景深的图像。即使工件上有凹凸部分,也可轻松地对污染物(异物)进行高精度的计数和测量。
另外,在“详细分析模式"中,只需从整体膜滤器图像选择各种污染物,即可自动移动载物台,并直接利用高倍率进行详细观察。由此完成了比传统显微镜更简单且更快的异物辨别*。并且,通过并用深度合成与3D高度测量,对凹凸形状的目标物也可进行详细观察与三维尺寸数值化。
*与本公司旧VH系列产品的比较


异物的计数.JPG


观察隔膜划痕

“VHX系列"的高分辨率(HD)感测头可自动切换镜头,无需更换镜头操作即可无缝地放大20倍至6000倍。此外,配备内置照明(电动光圈),并涵盖明视场、暗视场、偏光、微分干涉(DIC)等多种观察方法。可自动应对各种目标物的观察。
例如,难以观察的隔膜表面细微划痕,也可通过采用微分干涉技术的4K高分辨率图像,简单快速地实现可视化。


隔膜划痕.JPG


观察负极材剥落

4K数码显微系统“VHX系列"具有大景深,因此可通过观察位置整体对焦的清晰4K高精细图像进行观察。
此外,内置照明单元支持多种拍摄条件,即使光泽各异的材料混合在一起,也可清晰观察。

并且,如果使用“多方位多功能照明功能",只需按下按钮,就可自动获取多方位照明条件下的数据。可从中选取合适观测图像,轻松获得观察图像。未选择的图像也会被保存,因此可观察不同照明条件下的图像。可复制过去观察图像的相同条件,观察不同的个体,由此减少人为因素导致的观察和评价偏差。


负极材剥落.JPG


观察电池外壳焊接部

在封装方型外壳的盖子(封盖、盖板)等工序中,焊接品质对确保锂离子电池安全性来说至关重要。

“VHX系列"实现了强调细微形状的全新观察方法“Optical Shadow Effect Mode"。通过从不同方向照明时拍摄图像的变化(对比度)进行分析,可检测出表面的微小凹凸,获取接近SEM(扫描电子显微镜)的观察图像。
将该Optical Shadow Effect Mode图像与颜色信息相重叠,可同时显示凹凸信息和颜色信息,还可通过用不同颜色显示凹凸信息(色差图),简单易懂地将凹凸信息可视化。

此外,即使在观察后,也可从保存的图像中进行凹凸形状的3D测量及各种位置的轮廓测量。因此,当日后需要做更详细的分析时,不必花时间去重新放置相同的样品以及重复设置相同位置和观察条件。
而且,如同电脑一样,“VHX系列"可直接安装表格计算软件。获取的观察图像和测量值可自动存入统一格式的表格内,大幅减少制作报告所需的工时。


外壳焊接部.JPG


实现锂离子电池、新一代电池的研发、品质保证、品质管理创新的4K显微镜

高精细4K数码显微系统“VHX系列"可轻松获得4K高分辨率图像特有的清晰度,高精度测量二维和三维尺寸,以及通过污染物计数和分析获取数值数据。它是一款强大的工具,可通过高精细图像和定量的数值数据,解决测量和检测中存在的课题,大幅地提升作业效率。

加快从观察和分析到评价、制作报告的一系列工作的速度,有效缩短工时。这样便可实现快速的工作流程,在竞争激烈的二次电池市场中占据重要的位置。

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如需了解“VHX系列"的详情,可通过电话、留言、在线咨询等方式联系我们,我们将竭诚为您服务。