La diffusione di veicoli elettrici (EV o veicoli elettrici a batteria) continua a crescere rapidamente. Sebbene le automobili elettriche siano apprezzate per le minori emissioni, le maggiori economie di carburanti e i minori costi di manutenzione, la sicurezza delle batterie rimane una criticità.
Le batterie agli ioni di litio, usate per alimentare i veicoli elettrici e numerosi dispositivi elettronici portatili, possono surriscaldarsi se sono prodotte Questo può causare l'incendio o perfino l'esplosione della batteria. Per prevenire questi rischi, a livello globale sono stati messi a punto diversi standard e processi di ispezione per garantire la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.
Il microscopio industriale rappresenta un utile strumento di ispezione per la sicurezza delle batterie agli ioni di litio. Questo post descrive come diversi tipi di microscopi industriali supportano l'ispezione delle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici.
Funzionamento della batteria agli ioni di litio
In termini semplici, una batteria agli ioni di litio è una batteria ricaricabile che genera elettricità attraverso il movimento degli ioni di litio. Le quattro principali componenti di una batteria agli ioni di litio sono un catodo, un anodo, un elettrolita e un separatore.
- Il catodo è un elettrodo positivo (in genere un ossido di metallo) e rappresenta la fonte degli ioni di litio. Determina la capacità e la tensione della batteria.
- L'anodo è un elettrodo negativo (in genere grafite) che genera elettricità immagazzinando e rilasciando il litio originato dal catodo.
- L'elettrolita agisce come conduttore che facilita il movimento degli ioni di litio tra l'anodo e il catodo.
- Il separatore (es: diaframma) è una sottile membrana che evita il contatto fisico tra l'anodo e il catodo. Questa barriera evita il contatto diretto con il flusso di elettroni, importante per prevenire un cortocircuito, permettendo il passaggio di ioni di litio attraverso fori di ridotte dimensioni.
Quando si scarica una batteria agli ioni di litio, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo. Questo processo di scarica fornisce l'energia elettrica necessaria per il funzionamento di diversi dispositivi. Quando si collega il dispositivo, la carica inverte questo flusso, in modo che gli ioni di litio si spostano dal catodo all'anodo.
Le prestazioni ottimali di un sistema di batterie per l'alimentazione dipendono dalla sicurezza delle batterie. Una cella della batteria interessata da un cortocircuito può causare un incendio, un'esplosione o altri tipi di incidenti. Contaminazioni o alterazioni che si verificano durante il processo di produzione può inoltre influenzare la sicurezza e le prestazioni delle batterie. Per questo motivo, è fondamentale adottare dei processi di ispezione rigorosi durante la produzione delle batterie.
Processi di ispezione per supportare la sicurezza e le prestazioni delle batterie agli ioni di litio
Gli operatori devono controllare diverse componenti durante la produzione delle batterie agli ioni di litio, in modo da confermare che le componenti siano pulite e prive di difetti. Questi controlli includono:
1. Ispezione di bave di elettrodi
Innanzitutto è importante monitorare le bave di elettrodi nel processo di produzione. Se le bave degli elettrodi sono eccessivamente lunghe, perforeranno il diaframma causando un cortocircuito. Per evitare questi rischi, le bave di elettrodi devono essere attentamente monitorate e misurate. Inoltre, la qualità del diaframma può influenzare considerevolmente le prestazioni della batteria. Gli operatori devono verificare il diaframma per rilevare graffi superficiali e altri tipi di difetti.
I microscopi industriali possono facilitare queste ispezioni. Mediante il nostro microscopio digitale DSX1000 è possibile:
- Osservare le bave da diversi angoli per verificare le loro condizioni e evitare di tralasciare qualsiasi difetto
- Misurare le dimensioni delle bave
- Usare il metodo di osservazione a contrasto interferenziale (DIC) per verificare la presenza di graffi e altri tipi di difetti nel diaframma
Osservazione di una bava di elettrodo mediante un microscopio digitale DSX1000
2. Ispezione di telai di batterie e elettrodi
In seguito al rivestimento e alla refilatura di elettrodi, lo spessore dello strato dell'elettrodo deve essere misurato microscopicamente.
Il microscopio DSX1000 offre una scansione e una misura 3D per acquisire misure precise. Con queste funzionalità è possibile misurare lo spessore di una sezione trasversale di un elettrodo, lo spessore di ognuno dei suoi strati e il suo angolo superficiale.
Misura 3D di una sezione trasversale di un elettrodo
Devono anche essere controllati in termini di pulizia tecnica il telaio delle batterie e gli elettrodi per evitare la contaminazione da metalli delle componenti. Le fibre metalliche possono causare un cortocircuito della batteria se gli strati intermedi vengono forati.
Mediante il nostro sistema OLYMPUS CIX100 automatizzato, è possibile ispezionare la pulizia del telaio della batteria agli ioni di litio e degli elettrodi in tempo reale. Il sistema acquisisce velocemente un'immagine della contaminazione, classificando e misurando le dimensioni delle singole particelle contaminanti. Con il rilevamento in una scansione del sistema di particella riflettente (metallica) e non riflettente, è possibile determinare rapidamente se sono presenti delle fibre metalliche.
Dopo l'ispezione il sistema genera report conformi alle norme cliccando su un pulsante. I risultati sono precisi e riproducibili grazie al sistema pre-calibrato, la stabilità meccanica e il controllo automatizzato.
Sistema di ispezione della pulizia tecnica OLYMPUS CIX100
Esempio di ispezione di pulizia tecnica di fibre mediante il sistema OLYMPUS CIX100
Microscopi e altri strumenti per la sicurezza della batteria agli ioni di litio
Le precedenti applicazioni dimostrano l'importante ruolo che hanno i microscopi digitali e i sistemi di ispezione per la pulizia tecnica nella produzione delle batterie agli ioni di litio. Anche altri strumenti industriali, come i microscopi a scansione laser e gli analizzatori XRF portatili, possono supportare l'ispezione e il controllo qualità durante la produzione delle batterie agli ioni di litio.
Per maggior informazioni, riferirsi al nostro Centro risorse per le soluzioni per la produzione di batterie agli ioni di litio.
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