ZEISS EMOBILITY SOLUTIONS

Controllo qualità per i materiali delle batterie

Sviluppo della struttura dei materiali e lavorazione delle materie prime

Materiali di alta qualità significano batterie di alta qualità

Gettare le basi per le prestazioni dei NEV

Tra tutti gli elementi di un veicolo a propulsione alternativa (NEV), il sistema di batterie ha il maggiore impatto sull’esperienza di guida. La densità energetica delle celle determina il rapporto peso/potenza e l’autonomia di guida, mentre il tempo di ricarica deve soddisfare le aspettative dei clienti. E poiché le materie prime sono intrinsecamente legate al costo delle celle per batterie, le soluzioni devono essere all’altezza su tre fronti: prezzo, prestazioni e, naturalmente, sicurezza.

Esplora alcune delle principali sfide qualitative relative allo sviluppo e alla lavorazione dei materiali per batterie e scopri il portafoglio di microscopi ZEISS che è fondamentale per superarle.

Le principali sfide qualitative per i materiali delle batterie

Sviluppo della formula

Individuare le proprietà ideali

Lo sviluppo di nuovi materiali attivi per il catodo, l’anodo e il separatore contribuisce a migliorare la capacità, il comportamento di carica e la durata in modo economicamente vantaggioso. Sebbene l’aggiunta di silicio all’anodo possa aumentare la densità energetica, è necessario monitorare il potenziale impatto sulla durata della batteria.

Le soluzioni di microscopia elettronica e a raggi X di ZEISS supportano il miglioramento delle prestazioni e della sicurezza delle batterie, con immagini e analisi cruciali per determinare le proprietà dei materiali.

Controllo della catena di fornitura

Uniformità e coerenza

Il controllo qualità delle merci in entrata garantisce l’uniformità e la coerenza della fornitura di materiali. Le questioni chiave vanno dalla qualificazione delle polveri delle materie prime al controllo qualità dei fogli.

I microscopi ottici e confocali ZEISS esaminano la rugosità e la microstruttura delle lamine, mentre i microscopi elettronici valutano la composizione, la distribuzione delle particelle e la contaminazione delle polveri delle materie prime. Per garantire un’alimentazione uniforme, la microscopia a raggi X di ZEISS analizza intere batterie.

Pressione di calandratura

Densità, porosità e carica

La scarsa miscelazione del materiale della batteria e la calandratura a bassa pressione provocano vuoti nel materiale legante e un’eccessiva spaziatura delle particelle del catodo. L’analisi con la microscopia a raggi X 3D può contrastare gli effetti negativi, come la densità energetica non ottimale o la scarsa capacità di carica.

Questo video mostra due catodi che sono stati compressi a pressioni di calandratura diverse. Le variazioni risultanti nella densità di impacchettamento delle particelle e nella porosità dell’elettrodo influenzano le prestazioni elettrochimiche delle celle.

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Questo video mostra l’imaging non distruttivo della microstruttura cellulare dopo un singolo ciclo di carica.

Effetti sulla durata di vita e sull’invecchiamento

Monitoraggio delle condizioni della batteria

Poiché le prestazioni di una batteria variano durante la sua vita, è fondamentale comprendere gli effetti dell’invecchiamento longitudinale. Le soluzioni di microscopia consentono di osservare come i processi di carica e scarica innescano cambiamenti chimici e strutturali che alterano i materiali degli elettrodi.
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Questo video mostra i cambiamenti morfologici di una batteria anodica al litio-metallo dopo 80 cicli di carica: deformazione meccanica ai bordi degli elettrodi, formazione di tensioni e variazione della distanza radiale e della separazione degli strati.

Effetti sulla durata di vita e sull’invecchiamento

Osservazione dei cambiamenti microscopici

I ripetuti rigonfiamenti e contrazioni della batteria provocano crepe, vuoti e una minore stabilità meccanica e connettività elettrica. La mappatura delle proprietà elettriche su microscala con la microscopia elettronica ZEISS aiuta a reagire alla riduzione della capacità e al potenziale fallimento delle cellule.

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