Solutions ZEISS eMobilité

Contrôle qualité des matériaux pour batteries

Vue d'ensemble
Élaboration des recettes
Contrôle de la chaîne d'approvisionnement
Durée de vie et effet du vieillissement
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Aperçu des matériaux pour batteries

Plus que tout autre élément, c'est le système de batterie qui définit l'expérience de conduite des véhicules électriques. La densité énergétique des cellules définit le rapport puissance/poids et l'autonomie, et le temps nécessaire à la recharge doit correspondre aux attentes du client. Le bloc-batterie est souvent le composant le plus coûteux d'un véhicule à énergie nouvelle. C'est pourquoi la conception d'un nouveau véhicule énergétique nécessite de trouver un équilibre entre les performances et les coûts des matériaux, sans compromettre la sécurité.

ZEISS Industrial Microscopy Series offre aux ingénieurs en charge des batteries et aux scientifiques spécialistes des matériaux les informations nécessaires pour relever ces défis.

NCM 811 Matériau de la cathode

Élaboration des recettes

La conception de nouveaux véhicules énergétiques en termes de performances et de coûts commence par la technologie des batteries. Le développement de nouveaux matériaux actifs pour la cathode, l'anode et le séparateur est essentiel pour améliorer la capacité, le comportement de charge et la durée de vie tout en contrôlant les coûts. Pour les matériaux d'anode en graphite, la porosité et la facilité de préparation sont essentielles pour déterminer le comportement de décharge. Si l'ajout de silicium à l'anode peut augmenter la densité énergétique, il est nécessaire de surveiller et de contrôler les problèmes de durée de vie. Les solutions de microscopie électronique et à rayons X de ZEISS fournissent les capacités d'imagerie et d'analyse nécessaires pour déterminer les propriétés pertinentes des matériaux, ce qui est essentiel pour améliorer les performances et la sécurité des batteries.

Contrôle de la chaîne d'approvisionnement

Le contrôle de la qualité des produits entrants est essentiel pour garantir l'uniformité et la cohérence de l'approvisionnement en matériaux. Les questions clés du contrôle de la chaîne d'approvisionnement vont de la qualification des poudres de matières premières au contrôle de la qualité des feuilles d'aluminium, de cuivre et de séparateur. Les microscopes optiques et confocaux de ZEISS permettent d'examiner la rugosité de la surface et la microstructure des feuilles. Les microscopes électroniques contrôlent la composition élémentaire, la distribution des tailles de particules et/ou la contamination des particules dans les poudres de matières premières. Les batteries complètes peuvent être examinées à l'aide de la microscopie à rayons X afin de garantir un approvisionnement uniforme.

ZEISS Laser Scanning Microscope (LSM) Cathode en feuille de cuivre
Carte de conductivité créée à l'aide de la microscopie électronique

Durée de vie et effet du vieillissement

Les performances des batteries changent au cours de leur durée de vie, et il est essentiel de comprendre ces effets de vieillissement longitudinal. Au microscope, on peut observer que la charge et la décharge provoquent des changements chimiques et structurels qui altèrent les matériaux des électrodes. Le gonflement et la contraction répétés de la batterie entraînent la propagation de fissures, l'apparition de vides, la perte de stabilité mécanique et de connectivité électrique, et donc l'affaiblissement de la capacité ou la défaillance de la cellule. La microscopie électronique ZEISS permet de cartographier les propriétés électriques à l'échelle microscopique, ce qui permet de créer une « carte de conductivité » des matériaux actifs de la batterie.