Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries

Význam tématu

V době přechodu k bezuhlíkové ekonomice hrají lithium-iontové baterie klíčovou roli v oblasti elektromobility a energetických úložišť. S narůstajícím nasazením těchto článků roste potřeba komplexních analytických řešení pro zajištění kvality surovin, optimalizaci výrobních procesů, zkoumání degradace i hodnocení recyklovaných materiálů.

Cíle a přehled studie

Studie představuje přehled analytických přístupů a přístrojů společnosti Shimadzu pokrývajících všechny fáze životního cyklu lithium-iontových baterií: od vývoje a charakterizace materiálů přes kontrolu výroby elektrody a montáž článků až po degradaci a recyklaci. Cílem je nabídnout komplexní portfolio metodik a instrumentace pro výzkumné pracoviště, průmyslovou výrobu i laboratoře zaměřené na kvalitu a udržitelnost.

Použitá metodika a instrumentace

Pro hodnocení surovin a dílčích článků se využívají následující analytické kategorie:

• Analýza velikosti a tvaru částic (laserová difrakce, obrazová analýza)
• Stanovení prvkového složení a stopových nečistot (ICP-OES, EDX-XRF)
• Spektrální metody pro organické a anorganické složky (FTIR, Raman, GC-MS, IC, LC-MS)
• Termální analýzy (TG/DTA)
• Mechanicko-fyzikální testování (tažné, tlakové, tvrdostní zkoušky)
• Neinvazivní zobrazování vnitřních struktur (mikro-CT, XPS)
• Vyšetření povrchových vlastností a chemických vazeb (SPM/AFM, XPS)

Všechny metody jsou integrovány do end-to-end řešení pro R&D, QA/QC i recyklační provozy.

Použitá instrumentace

• SALD-2300 Laser Diffraction Particle Size Analyzer
• iSpect DIA-10 Dynamic Particle Image Analysis System
• ICPE-9820 Multitype ICP Emission Spectrometer
• EDX-7200 Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometer
• AIRsight Infrared Raman Microscope
• Autograph AGX-V2 Universal Testing Machine
• inspeXio SMX-225CT Microfocus X-Ray CT System
• EZ Test Compact Tabletop Tester
• MCT Series Micro-Compression Testing Machine
• DTG-60 Series Simultaneous TG-DTA Analyzer
• GCMS-QP2050 Gas Chromatograph Mass Spectrometer
• IRSpirit-X FTIR Spectrophotometer
• Nexis GC-2030 Gas Chromatograph
• HIC-ESP Anion Chromatograph
• LCMS-2050 Single Quadrupole Mass Spectrometer
• EPMA-8050G Electron Probe Microanalyzer
• SPM-Nanoa Scanning Probe Microscope
• AXIS Supra+ Imaging X-Ray Photoelectron Spectrometer

Hlavní výsledky a diskuse

Prezentované přístupy umožňují:

• Rychlou a reprodukovatelnou analýzu velikosti a distribuce částic surovin pro elektrody.
• Přesné stanovení prvkového složení a stopových kontaminantů v anodech, katodách i elektrolytech.
• Detekci organických rozkladných produktů a zbytkových rozpouštědel v materiálech.
• Hodnocení termické stability a mechanických vlastností separátorů, elektrolytů a kompozitních vrstev.
• Neinva­zivní zobrazení vnitřních poruch a pórů mikro­struktur článků.
• Mapování chemických vazeb na povrchu a v mikrooblastech, klíčové pro studium degradace SEI a rozhraní elektrolyt/elektroda.

Tyto výsledky potvrzují efektivitu navržených metodik při optimalizaci výroby, kontrole kvality i rozvoji nových materiálů.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace integrovaných analytických řešení přináší:

• Zvýšení kvality a konzistence výroby elektrod a článků.
• Včasnou detekci nežádoucích nečistot a degradace.
• Podporu vývoje nových katodových a anodových materiálů.
• Zkrácení doby vývoje a uvedení produktů na trh.
• Efektivnější procesy recyklace a opětovného využití surovin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření real-time monitoringu v průmyslové výrobě prostřednictvím inline senzorů, propojování analytických přístrojů s automatizovanými linkami a využití umělé inteligence pro prediktivní analýzu dat. Dále roste význam metod pro solid-state baterie, pokročilá zobrazování interakcí na rozhraních a metody pro sledování životnosti v reálném provozu.

Závěr

Prezentované analytické přístupy a instrumentace od Shimadzu poskytují komplexní podporu ve všech fázích vývoje, výroby, testování a recyklace lithium-iontových baterií. Díky širokému portfoliu metodik lze efektivně řešit požadavky na kvalitu, spolehlivost a udržitelnost moderních bateriových technologií.

Reference

Žádné specifické reference uvedeny.