Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials
Brožury a specifikace | 2021 | ShimadzuInstrumentace
Vývoj a optimalizace lithium-iontových sekundárních baterií je klíčová pro snižování emisí skleníkových plynů a rozšíření elektromobility. Nároky na vyšší energetickou hustotu, rychlejší dobíjení, dlouhou životnost a bezpečnost vyžadují přesné analytické nástroje pro charakterizaci materiálů, sledování degradace a kontrolu kvality během celého výrobního i provozního cyklu.
Cílem předkládaného přehledu je představit soubor metod a přístrojů společnosti Shimadzu pro analýzu všech úrovní lithium-iontových baterií: od aktivních materiálů pozitivních a negativních elektrod přes separátory a elektrolyt až po kompaktní články a celistvé pevné elektrolyty. Studie shrnuje přístupy ke sledování chemických stavů, neinvazivnímu zobrazování, detekci plynů, termomechanické a mechanické zkoušky a analýzu pórovitosti a velikosti částic.
Analytické techniky byly rozděleny do několika kategorií:
Studie potvrdila význam sledování valenčních změn u ternárních Ni-Co-Mn a Li-bohatých katod pomocí Xspecia a XAFS, kdy se prokázal posun elektronové hustoty při nabíjení a vybíjení. X-ray CT umožnila neinvazivně hodnotit deformace elektrod a polohování separátorů v běžných i automobilových článcích. GC-MS odhalila složení elektrolytu i plynů vznikajících při cyklování a skladování za zvýšené teploty. HIC-ESP detekovala hydrolytickou degradaci LiPF6 do F– a PO2F2–. SPM vyskytla rozdíly ve struktuře pojiv a jejich mechanickém chování v elektrolytu, což pomáhá volbě vhodného pojiva pro Si-anodu. DSC a TMA poukázaly na rozdíly tepelných vlastností separátorů, testy průrazné síly napomohly posouzení bezpečnosti. U pevných elektrolytů XPS se shlukovými ionty poskytla věrnější hloubkový profil LiPON než monoatomové ionty. Analýza velikosti a tvaru prášků a měření pevnosti zrn usnadňují parametry mletí a lisování do keramických vrstev.
Implementace těchto analytických postupů umožňuje:
Rozvoj operando technik, integrace datové analýzy a umělé inteligence pro prediktivní modelování, nasazení in situ spektroskopií při cyklování, pokročilé multimodální zobrazování a optimalizace veškerých parametrů procesu výroby baterií slibují další zlepšení energie, životnosti i bezpečnosti. Pevné elektrolyty a nová vrstvená architektura elektrod vyžadují speciální metody sledování rozhraní a degradace.
Přehled představuje komplexní portfolio analytických nástrojů pro každou fázi vývoje a výroby lithium-iontových baterií. Kombinace spektroskopických, zobrazovacích, termomechanických i mechanických zkoušek poskytuje hloubkové poznatky o materiálových i provozních fyzikálně-chemických jevech a podporuje rychlejší inovační cyklus i vyšší spolehlivost bateriových systémů.
Žádné dodané literární odkazy.
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
Vývoj a optimalizace lithium-iontových sekundárních baterií je klíčová pro snižování emisí skleníkových plynů a rozšíření elektromobility. Nároky na vyšší energetickou hustotu, rychlejší dobíjení, dlouhou životnost a bezpečnost vyžadují přesné analytické nástroje pro charakterizaci materiálů, sledování degradace a kontrolu kvality během celého výrobního i provozního cyklu.
Cíle a přehled studie
Cílem předkládaného přehledu je představit soubor metod a přístrojů společnosti Shimadzu pro analýzu všech úrovní lithium-iontových baterií: od aktivních materiálů pozitivních a negativních elektrod přes separátory a elektrolyt až po kompaktní články a celistvé pevné elektrolyty. Studie shrnuje přístupy ke sledování chemických stavů, neinvazivnímu zobrazování, detekci plynů, termomechanické a mechanické zkoušky a analýzu pórovitosti a velikosti částic.
Použitá metodika a instrumentace
Analytické techniky byly rozděleny do několika kategorií:
- Chemická analýza a změny valenčního stavu: Xspecia (chemická vazbová analýza), XAFS na synchrotronu
- Vnitřní struktura článků: Micro-focus X-ray CT (inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus)
- Analýza elektrolytu a plynů: GC-MS (GCMS-QP 2020 NX), HIC-ESP pro detekci aniontů
- Morfologie a mechanika pojiv v prostředí elektrolytu: SPM-9700HT (tvarová a síťová charakterizace, force curve)
- Termické a mechanické vlastnosti separátorů: DSC-60Plus, TMA-60, testovací stroj AGX-V
- Povrchová a hloubková analýza pevných elektrolytů: XPS s monoatomovými a klastrovými ionty
- Velikost částic a tvar prášků pro pevné elektrolyty: iSpect DIA-10
- Mechanická pevnost jednotlivých zrnek prášků: MCT-510 Micro Compression Tester
Hlavní výsledky a diskuse
Studie potvrdila význam sledování valenčních změn u ternárních Ni-Co-Mn a Li-bohatých katod pomocí Xspecia a XAFS, kdy se prokázal posun elektronové hustoty při nabíjení a vybíjení. X-ray CT umožnila neinvazivně hodnotit deformace elektrod a polohování separátorů v běžných i automobilových článcích. GC-MS odhalila složení elektrolytu i plynů vznikajících při cyklování a skladování za zvýšené teploty. HIC-ESP detekovala hydrolytickou degradaci LiPF6 do F– a PO2F2–. SPM vyskytla rozdíly ve struktuře pojiv a jejich mechanickém chování v elektrolytu, což pomáhá volbě vhodného pojiva pro Si-anodu. DSC a TMA poukázaly na rozdíly tepelných vlastností separátorů, testy průrazné síly napomohly posouzení bezpečnosti. U pevných elektrolytů XPS se shlukovými ionty poskytla věrnější hloubkový profil LiPON než monoatomové ionty. Analýza velikosti a tvaru prášků a měření pevnosti zrn usnadňují parametry mletí a lisování do keramických vrstev.
Přínosy a praktické využití metody
Implementace těchto analytických postupů umožňuje:
- Detailní charakterizaci materiálů a jejich změn v reálných provozních podmínkách
- Rychlou detekci závad a predikci životnosti baterií
- Optimalizaci složení elektrolytu a pojiv pro lepší výkon a bezpečnost
- Podporu QA/QC procesů ve výrobě bateriových článků
- Podklad pro vývoj nových vysokodennzních a pevných baterií
Budoucí trendy a možnosti využití
Rozvoj operando technik, integrace datové analýzy a umělé inteligence pro prediktivní modelování, nasazení in situ spektroskopií při cyklování, pokročilé multimodální zobrazování a optimalizace veškerých parametrů procesu výroby baterií slibují další zlepšení energie, životnosti i bezpečnosti. Pevné elektrolyty a nová vrstvená architektura elektrod vyžadují speciální metody sledování rozhraní a degradace.
Závěr
Přehled představuje komplexní portfolio analytických nástrojů pro každou fázi vývoje a výroby lithium-iontových baterií. Kombinace spektroskopických, zobrazovacích, termomechanických i mechanických zkoušek poskytuje hloubkové poznatky o materiálových i provozních fyzikálně-chemických jevech a podporuje rychlejší inovační cyklus i vyšší spolehlivost bateriových systémů.
Použitá instrumentace
- Chemická vazbová analýza Xspecia
- Synchrotronové XAFS
- inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus
- GCMS-QP 2020 NX
- HIC-ESP (suppressor ion chromatograph)
- SPM-9700HT
- DSC-60Plus
- TMA-60
- AGX-V Universal Testing Machine
- Kratos Nova a ULTRA 2 XPS
- iSpect DIA-10
- MCT-510 Micro Compression Tester
Reference
Žádné dodané literární odkazy.
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
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
AFM Evaluation of Different-Sized Active Materials and Interface of All-Solid-State Lithium-Ion Batteries
2023|Shimadzu|Postery
M&M2023 July 23-27, 2023. Minneapolis, MN AFM Evaluation of Different-Sized Active Materials and Interface of All-Solid-State Lithium-Ion Batteries マスター タイトルの書式設定 Eiji Iida1, Akinori Kogure1, Takeshi Miyamoto1, Hideo Nakajima1, Hyosuke Mukohara2, Naoki Morimoto2, Ryoya Yamasaki3, Hirotoshi Yamada3 and Christopher J. Macey4*…
Klíčová slova
conductive, conductiveelectrode, electrodekpfm, kpfmactive, activetopography, topographyafm, afmcopper, copperstate, statevoids, voidsepoxy, epoxyelectrolyte, electrolytemicroscope, microscopemateriall, materiallタイトル, タイトルマスター
