ZEISS EMOBILITY SOLUTIONS

Contrôle qualité des matériaux de batteries

Développement de la structure des matériaux et traitement des matières premières

Des matériaux de haute qualité sont synonymes de batteries de haute qualité

Poser les bases des performances des véhicules à énergie nouvelle (NEV)

Parmi tous les éléments d'un véhicule à énergie nouvelle (NEV), le système de batterie est celui qui a le plus d'impact sur l'expérience de conduite. La densité énergétique des cellules détermine le rapport poids/puissance et l'autonomie, tandis que le temps de charge doit répondre aux attentes des clients. Et comme les matières premières sont intrinsèquement liées au coût des cellules de batteries, les solutions doivent être performantes sur trois plans : le prix, la performance et, bien sûr, la sécurité.

Découvrez certains des principaux défis de qualité liés au développement et au traitement des matériaux de batteries et découvrez la gamme de microscopie ZEISS indispensable pour les surmonter.

Principaux défis en matière de qualité des matériaux pour batteries

Développement des matériaux

Identification des caractéristiques idéales

Le développement de nouveaux matériaux actifs pour la cathode, l'anode et le séparateur permet d'améliorer la capacité, le comportement de charge et la durée de vie de manière rentable. Bien que l'ajout de silicium à l'anode puisse augmenter la densité énergétique, l'impact potentiel sur la durée de vie de la batterie doit être surveillé.

Les solutions de microscopie électronique et à rayons X de ZEISS contribuent à améliorer les performances et la sécurité des batteries, leur imagerie et leur analyse étant cruciales pour déterminer les caractéristiques pertinentes des matériaux.

Contrôle de la chaîne d'approvisionnement

Uniformité et cohérence

Le contrôle de la qualité des marchandises entrantes garantit l'uniformité et la cohérence de l'approvisionnement en matériaux. Les questions clés vont de la qualification des poudres de matières premières au contrôle qualité des feuillets.

Les microscopes optiques et confocaux de ZEISS examinent la rugosité et la microstructure des feuillets, tandis que les microscopes électroniques évaluent la composition, la répartition des particules et la contamination des poudres de matières premières. Pour garantir un approvisionnement uniforme, la microscopie à rayons X ZEISS analyse des batteries entières.

Pression de calandrage

Densité, porosité et charge

Un mauvais mélange des matériaux de la batterie et un calandrage à basse pression entraînent des cavités de retrait dans le liant et un espacement excessif des particules de la cathode. L'inspection par microscopie à rayons X 3D permet de contrer les effets négatifs tels qu'une densité énergétique sous-optimale ou une faible capacité de charge.

Cette vidéo montre deux cathodes qui ont été comprimées à des pressions de calandrage différentes. Les variations de densité d'empilement des particules et de porosité des électrodes qui en résultent affectent les performances électrochimiques des cellules.

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Cette vidéo présente l'imagerie non destructive de la microstructure cellulaire après un seul cycle de charge.

Durée de vie et effets du vieillissement

Suivi de l'état de la batterie

Comme les performances d'une batterie varient au cours de sa durée de vie, il est essentiel de comprendre les effets du vieillissement longitudinal. Les solutions de microscopie permettent d'observer comment les processus de charge et de décharge déclenchent des changements chimiques et structurels qui modifient les matériaux des électrodes.
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Cette vidéo montre les changements morphologiques d'une batterie à anode lithium-métal après 80 cycles de charge : déformation mécanique sur les bords des électrodes, formation de contraintes, variation de la distance radiale et de la séparation des couches.

Durée de vie et effets du vieillissement

Observation des changements microscopiques

Le gonflement et la contraction répétés de la batterie entraînent des fissures, des cavités de retrait et une diminution de la stabilité mécanique et de la connectivité électrique. La cartographie des propriétés électriques à micro-échelle avec la microscopie électronique ZEISS permet de réagir à une capacité réduite et à une défaillance potentielle des cellules.

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