Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials
Brožury a specifikace | 2021 | ShimadzuInstrumentace
Lithium-iontové baterie se stávají klíčovým prvkem pro udržitelnou mobilitu a energetické úložiště díky vysoké energetické hustotě, dlouhé životnosti a relativně nízké hmotnosti.
S rostoucí poptávkou po elektrických a hybridních vozidlech je nezbytné optimalizovat výkon, životnost i bezpečnost baterií a zároveň snižovat jejich výrobní náklady.
Pokročilé analytické metody umožňují detailní charakterizaci materiálů, odhalení mechanismů degradace a kontrolu kvality během vývoje i výrobního procesu.
Cílem předložené studie je prezentovat soubor analytických řešení společnosti Shimadzu pro komplexní zlepšení výkonu a spolehlivosti lithium-iontových sekundárních baterií.
Článek popisuje aplikace chemické vazbové analýzy, rentgenové tomografie, chromatografie, elektrochemické a mechanické charakterizace jednotlivých komponent i celých článků.
Ukázkové výsledky ilustrují vyhodnocení chemických stavů elektrod, interní struktury článků, degradace elektrolytu či pevnost separátorů a prášků pro pevné elektrolyty.
Metodika kombinuje spektroskopické, zobrazovací a mechanické přístupy:
Chemická vazbová analýza Xspecia odhalila proměnlivý oxidační stav Ni a Co v ternárních katodách během nabíjení/discharging, potvrzený XAFS měřením na SPring-8.
3D tomografie umožnila vizualizovat vnitřní deformace elektrod 18650 článků i velkých automobilových modulů a odhalit polohu separátorů.
GC-MS identifikovala hlavní karbonátové složky elektrolytu a produkty jeho rozkladu včetně fluorovaných meziproduktů.
Potlačená iontová chromatografie prokázala vznik fluoridových a fluorofosfátových aniontů v degradovaném elektrolytu po zrychlené zkoušce.
SPM v elektrolytu ukázalo rozdíly v gelaci pojiv a měření „force curve“ kvantifikovalo jejich tuhost, klíčové pro stabilitu Si-anod.
DSC a TMA odhalily rozdíly v krystalinitě a tepelné odolnosti separátorů, což ovlivňuje rozměrovou stabilitu při zvýšené teplotě.
Puncture testy separátorů prokázaly změnu mechanické pevnosti při 25 °C, 60 °C a 90 °C, zásadní pro bezpečnost nepoškozené izolace.
Hluboké profilování LiPON filmů prokázalo závislost stanovení složení na typu iontů (monoatomické Ar+ vs. Ar cluster), kde cluster ionty poskytly věrnější hloubkový profil bez posunu Li do podloží.
Dynamická analýza obrazu prášků ukázala homogenní rozdělení částic kolem 5 µm, zatímco mikrokompresní testy odhalily rozdíly v pevnosti a tvárnosti částic pevného elektrolytu.
Integrovaný soubor analytických technik umožňuje komplexní vývoj materiálů i kontrolu kvality hotových baterií.
Přímé vyhodnocení oxidačních stavů elektrod napomáhá optimalizovat složení katodních sloučenin pro vyšší kapacitu a stabilitu.
Neinvazivní zobrazování usnadňuje rychlou detekci výrobních vad článků a modulů bez rozebírání.
Detailní rozbor degradace elektrolytu a pojiv vede k výběru odolnějších přísad pro prodloužení životnosti a zvýšení bezpečnosti.
Vývoj in situ a operando technik pro sledování chemie i struktury během reálného provozu článku.
Integrace pokročilé datové analýzy a strojového učení pro prediktivní údržbu a rychlejší vývoj materiálů.
Kombinace multimodálních zobrazovacích metod (tomografie, spektroskopie, elektronová mikroskopie) pro vyšší rozlišení prostorových a chemických změn.
Rozšíření analýz pevných elektrolytů a nových materiálů pro všechny-pevné baterie s cílem vyšší bezpečnosti a energetické hustoty.
Shimadzu nabízí komplexní portfolio analytických metod pro detailní charakterizaci a kontrolu kvality lithium-iontových baterií.
Prezentované příklady demonstrují možnost optimalizovat výkon, životnost i bezpečnost bateriových systémů prostřednictvím cílené analýzy materiálů i hotových článků.
Další rozvoj metod a jejich kombinace s datovou vědou povedou k rychlejšímu zavádění pokročilých bateriových technologií do praxe.
X-ray, GC/MSD, GC/SQ, Iontová chromatografie, Mikroskopie, Termální analýza, Charakterizace částic, Analýza velikosti částic, MS Imaging, GPC/SEC, XRD, FTIR Spektroskopie, ICP/MS, HPLC, GC
ZaměřeníMateriálová analýza, Životní prostředí
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Lithium-iontové baterie se stávají klíčovým prvkem pro udržitelnou mobilitu a energetické úložiště díky vysoké energetické hustotě, dlouhé životnosti a relativně nízké hmotnosti.
S rostoucí poptávkou po elektrických a hybridních vozidlech je nezbytné optimalizovat výkon, životnost i bezpečnost baterií a zároveň snižovat jejich výrobní náklady.
Pokročilé analytické metody umožňují detailní charakterizaci materiálů, odhalení mechanismů degradace a kontrolu kvality během vývoje i výrobního procesu.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem předložené studie je prezentovat soubor analytických řešení společnosti Shimadzu pro komplexní zlepšení výkonu a spolehlivosti lithium-iontových sekundárních baterií.
Článek popisuje aplikace chemické vazbové analýzy, rentgenové tomografie, chromatografie, elektrochemické a mechanické charakterizace jednotlivých komponent i celých článků.
Ukázkové výsledky ilustrují vyhodnocení chemických stavů elektrod, interní struktury článků, degradace elektrolytu či pevnost separátorů a prášků pro pevné elektrolyty.
Použitá metodika a instrumentace
Metodika kombinuje spektroskopické, zobrazovací a mechanické přístupy:
- Analýza chemického stavu elektrod pomocí Chemical Bond Analysis System Xspecia™ a XAFS.
- 3D neinvazivní zobrazování vnitřní struktury článků metodou X-ray CT (inspeXio SMX-225CT).
- Kompoziční analýza elektrolytu a generovaných plynů pomocí GC-MS (GCMS-QP2020NX) a iontové chromatografie (HIC-ESP).
- Nanoskopická charakterizace pojiv a jejich mechanických vlastností ve skutečném elektrolytickém prostředí pomocí SPM-9700HT™.
- Termická analýza separátorů (DSC-60Plus) a dilatometrie (TMA-60).
- Mechanické testy separátorů a montovaných článků (AGX-V Universal Testing Machine).
- Hlubkové profilování vrstev Pevných elektrolytů (XPS s monoatomickými a cluster ionty).
- Analýza velikosti a tvaru prášků pro pevné elektrolyty (iSpect DIA-10).
- Stanovení pevnosti jednotlivých mikročástic metodou Micro Compression Tester MCT-510.
Hlavní výsledky a diskuse
Chemická vazbová analýza Xspecia odhalila proměnlivý oxidační stav Ni a Co v ternárních katodách během nabíjení/discharging, potvrzený XAFS měřením na SPring-8.
3D tomografie umožnila vizualizovat vnitřní deformace elektrod 18650 článků i velkých automobilových modulů a odhalit polohu separátorů.
GC-MS identifikovala hlavní karbonátové složky elektrolytu a produkty jeho rozkladu včetně fluorovaných meziproduktů.
Potlačená iontová chromatografie prokázala vznik fluoridových a fluorofosfátových aniontů v degradovaném elektrolytu po zrychlené zkoušce.
SPM v elektrolytu ukázalo rozdíly v gelaci pojiv a měření „force curve“ kvantifikovalo jejich tuhost, klíčové pro stabilitu Si-anod.
DSC a TMA odhalily rozdíly v krystalinitě a tepelné odolnosti separátorů, což ovlivňuje rozměrovou stabilitu při zvýšené teplotě.
Puncture testy separátorů prokázaly změnu mechanické pevnosti při 25 °C, 60 °C a 90 °C, zásadní pro bezpečnost nepoškozené izolace.
Hluboké profilování LiPON filmů prokázalo závislost stanovení složení na typu iontů (monoatomické Ar+ vs. Ar cluster), kde cluster ionty poskytly věrnější hloubkový profil bez posunu Li do podloží.
Dynamická analýza obrazu prášků ukázala homogenní rozdělení částic kolem 5 µm, zatímco mikrokompresní testy odhalily rozdíly v pevnosti a tvárnosti částic pevného elektrolytu.
Přínosy a praktické využití metody
Integrovaný soubor analytických technik umožňuje komplexní vývoj materiálů i kontrolu kvality hotových baterií.
Přímé vyhodnocení oxidačních stavů elektrod napomáhá optimalizovat složení katodních sloučenin pro vyšší kapacitu a stabilitu.
Neinvazivní zobrazování usnadňuje rychlou detekci výrobních vad článků a modulů bez rozebírání.
Detailní rozbor degradace elektrolytu a pojiv vede k výběru odolnějších přísad pro prodloužení životnosti a zvýšení bezpečnosti.
Budoucí trendy a možnosti využití
Vývoj in situ a operando technik pro sledování chemie i struktury během reálného provozu článku.
Integrace pokročilé datové analýzy a strojového učení pro prediktivní údržbu a rychlejší vývoj materiálů.
Kombinace multimodálních zobrazovacích metod (tomografie, spektroskopie, elektronová mikroskopie) pro vyšší rozlišení prostorových a chemických změn.
Rozšíření analýz pevných elektrolytů a nových materiálů pro všechny-pevné baterie s cílem vyšší bezpečnosti a energetické hustoty.
Závěr
Shimadzu nabízí komplexní portfolio analytických metod pro detailní charakterizaci a kontrolu kvality lithium-iontových baterií.
Prezentované příklady demonstrují možnost optimalizovat výkon, životnost i bezpečnost bateriových systémů prostřednictvím cílené analýzy materiálů i hotových článků.
Další rozvoj metod a jejich kombinace s datovou vědou povedou k rychlejšímu zavádění pokročilých bateriových technologií do praxe.
Použitá instrumentace
- Chemical Bond Analysis System Xspecia™
- Rentgenová absorpční spektroskopie (XAFS, SPring-8 BL14B2)
- Neinvazivní 3D zobrazování – inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus
- GC-MS (GCMS-QP2020NX), potlačená iontová chromatografie HIC-ESP
- SPM-9700HT™ pro tvar a mechaniku pojiv
- DSC-60Plus a TMA-60 pro tepelnou analýzu separátorů
- AGX-V Universal Testing Machine pro mechanické zkoušky
- XPS s monoatomickými a cluster ionty pro profilování LiPON
- iSpect DIA-10 pro dynamickou analýzu obrazu prášků
- Micro Compression Tester MCT-510 pro pevnost mikročástic
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Guide to Lithium-ion Battery Solutions
2022|Shimadzu|Příručky
C10G-E092 Guide to Lithium-ion Battery Solutions Table of Contents (Test / Evaluation Item) Test / Evaluation Items Test / Evaluation Items (Detail) Compression Test Instrument Micro Compression Tester MCT Material Testing Tensile Test Puncture Test Click here for Table of…
Klíčová slova
observation, observationelectrolyte, electrolyteelectrode, electrodeseparator, separatorclick, clickpage, pagemeasurement, measurementindex, indexevaluation, evaluationpurpose, purposebattery, batteryhere, heretest, testtensile, tensileparticle
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation ─ APPLICATION NOTEBOOK ─
2019|Shimadzu|Příručky
C10G-E079 Analytical and Measuring Instruments for Rechargeable Lithium-ion Batteries Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation ─ APPLICATION NOTEBOOK ─ Title Method Page Investigation of Thermal Properties of Lithium-Ion Battery Components Thermal Analysis 4 Carbon Measurement of Metal Powder Battery Material Total Organic…
Klíčová slova
electrode, electrodelithium, lithiumbattery, batterylipon, liponxps, xpsbatteries, batteriesmonatomic, monatomiccarbon, carbondepth, depthsurface, surfacecooling, coolingelectrolyte, electrolyteorganic, organicimaging, imagingmaterials
Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries
2025|Shimadzu|Příručky
C10G-E107 —From Materials to Cells and Modules— Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries For a Future Enabled by Lithium-Ion Batteries Important devices in terms of achieving a carbon-free society, lithium-ion batteries (LiB) have attracted heightened interest in mobility and energy fields,…
Klíčová slova
evaluation, evaluationbattery, batteryproperties, propertieselectrode, electrodemanufacturing, manufacturinglithium, lithiumunits, unitscomponents, componentsphysical, physicalparticle, particlebev, bevbatteries, batteriesthermal, thermalphev, phevinorganic
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation
2017|Shimadzu|Brožury a specifikace
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation C10G-E021A Analytical and Measuring Instruments for Rechargeable Lithium-ion Batteries Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation global w430×h280 What Are Lithium-ion Rechargeable Batteries? The lithium-ion rechargeable battery is a relatively new type of battery that was first used in…
Klíčová slova
rechargeable, rechargeablelithium, lithiumelectrode, electrodebattery, batteryseparator, separatorbatteries, batteriesion, ionnegative, negativepositive, positivebinder, binderelectrolyte, electrolyteray, rayevaluation, evaluationactive, activematerial