Batterieinspektionslösungen von ZEISS eMobility Solutions

May 26, 2023

Inhaltsverzeichnis

Batterieinspektionslösungen sind in den letzten Jahren zu einem entscheidenden Aspekt der Batterieindustrie geworden. Da Batterien in verschiedenen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und mobilen Geräten eingesetzt werden, ist es wichtig, sicherzustellen, dass sie optimal und sicher funktionieren.

Hierzu konnten wir eine Kopie des von ZEISS geführten Interviews erhalten.

Von ZEISS haben wir unseren Lösungsanbieter-Experten Herrn Manoj Sundaram, einen erfahrenen Fachmann in der Autokomponenten- und Automobilindustrie, der sich für die Förderung von Lösungen im Bereich Elektrofahrzeuge einsetzt. Zerstörungsfreie Lithiumzellen, geschweißte Batteriepacks und Lösungen zur Rohstoffqualität sind Schlüsselthemen für OEMs, Zellhersteller, Forscher und Batterieberater. Er arbeitet mit führenden Unternehmen der Branche zusammen und verfügt über ein tiefes Verständnis für die Herausforderungen, mit denen seine Kunden konfrontiert sind. Sein Fachwissen aus ZEISS-Lösungen auf der ganzen Welt hat seinen Kunden dabei geholfen, die Leistung und Sicherheit ihrer Batterien zu verbessern.

Andererseits ist Herr Rahul Bollini ein bekannter Batterieexperte und -berater, der in der Branche ein hoch angesehener Fachmann ist und über umfassende Erfahrung in der Batterieberatung verfügt. Er hat an Projekten im Zusammenhang mit der Auswahl der Lithiumzellenchemie, der Batterieintegration, BMS-bezogenen Empfehlungen, dem Lebenszyklusmanagement und Sicherheitsfragen gearbeitet und zahlreiche praktische Fälle und Artikel zu diesem Thema veröffentlicht. Bei seinen Projekten war er ein erster Anwender der ZEISS-Inspektionslösungen für Lithiumbatterien/-zellen. Er verfügt über Fachwissen und ist bestens gerüstet, um auf der Grundlage seiner Erfahrung wertvolle Erkenntnisse und Empfehlungen zu geben.

Lassen Sie uns eintauchen und aus ihrem Gespräch lernen.

Die verschiedenen Arten von Lithium-Ionen-Zellen lassen sich in zwei Kategorien einteilen, eine nach ihrer physikalischen Form und die andere nach den benötigten Rohstoffen.

Der Formfaktor, ein anderer Name für die physische Form, kann oft in eine von drei Kategorien unterteilt werden: zylindrisch, beutelförmig oder prismatisch.

Basierend auf der Lebensdauer, der Kapazität (in Bezug auf die Zelle) und den Kosten haben prismatische Designs eine höhere Zellkapazität, gefolgt von Beutel- und dann zylindrischen Designs. Im Gegensatz dazu sind zylindrische Designs am flexibelsten, wenn es um die Flexibilität beim Design von Batteriepacks geht, gefolgt von Beuteldesigns und dann prismatischen Designs.

LFP, NMC (das in fünf verschiedenen Varianten erhältlich sein kann) und NCA (das in zwei verschiedenen Formen erhältlich sein kann) sind die häufigsten Arten von Lithium-Ionen-Zellen. Wenn man sie hinsichtlich Kosten, Lebensdauer und Zuverlässigkeit vergleicht, ist LFP NMC überlegen, gefolgt von NCA.

Da es selbst bei extremen Temperaturen gefahrlos weiter funktionieren kann, gewinnt LFP auf dem indischen Markt schnell an Bedeutung. Im Vergleich zu anderen Arten von Lithium-Ionen-Zellen, die eine Graphitanode verwenden, weist dieser spezielle Typ von Lithium-Ionen-Zellen typischerweise die höchste Zyklenlebensdauer auf und ist in der Regel die kostengünstigste aller verfügbaren Optionen für Lithium-Ionen-Zellen. Dadurch bietet es ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Um die korrekte Einpassung der Zellen in einen Batteriesatz gemäß dem ursprünglichen Design zu gewährleisten, müssen die physikalischen Dimensionsparameter stets auf einheitliche Weise eingehalten werden. Es ist auch möglich, dass dadurch die Wärmemanagementarchitektur des Akkupacks gestört wird, was insbesondere dann problematisch ist, wenn der Akkupack über ein kontaktbasiertes Kühlsystem verfügt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass der Kappenverschluss oben auf der zylindrischen Zelle jederzeit in sehr gutem Zustand sein muss; Andernfalls besteht die Gefahr eines Elektrolytlecks, was in manchen Fällen zu Bränden führen kann.

Auch wenn jeder Schritt bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen eine sehr komplexe Technologie erfordert, besteht dennoch die Möglichkeit, dass das fertige Produkt im Inneren Mängel aufweist. Dieser Fehler tritt typischerweise beim Zusammensetzen von Gegenständen auf, beispielsweise beim Aufwickeln der Biskuitrolle in eine zylindrische Dose oder bei der Durchführung anderer Tätigkeiten, die in verschiedenen Formfaktoren funktionell gleichwertig sind. Aus diesem Grund haben mehrere Unternehmen damit begonnen, die internen Abläufe der Zelle zu untersuchen, bevor sie sie an ihre Premium-Kunden versenden, da die Möglichkeit besteht, dass sie den Vertrag verlieren, wenn die Zelle in irgendeiner Weise ausfällt. Heutzutage kommt diese Aktivität immer häufiger vor und findet sich in immer mehr Produkten wieder. Viele Unternehmen planen, es als Teil ihres Qualitätsprozesses zu einem Standardangebot zu machen.

(Bild mit freundlicher Genehmigung: CARL ZEISS Versa 515 Xay-Mikroskopgerät)

Ich führe regelmäßig eine Fehleranalyse durch. Wenn ich die physikalischen Fehler auf der äußeren Ebene der Zelle verstehen oder die Zelle im Inneren untersuchen muss (Gleichmäßigkeit des Elektrodenüberhangs, Elektrodenbiegungen, Platzierung der Laschen), verwende ich CT (Computertomographie). ) scannt. Es liefert ein außergewöhnlich klares dreidimensionales Bild der Zelle, das eine detaillierte Analyse der Struktur ermöglicht. Es zeigt den genauen Ort des Problems auf, das auf nanoskaliger Ebene weiter untersucht werden muss, damit eine tiefergehende Untersuchung durchgeführt werden kann.

Röntgenmikroskopie, oft als XRM bekannt, ist eine Technik, die ich einsetze, um einen interessierenden Nanobereich innerhalb einer Zelle zu untersuchen. Es liefert ein dreidimensionales Übersichtsbild des interessierenden Bereichs, sodass das Problem besser verstanden werden kann.

Für die Erforschung zweidimensionaler Aspekte ist die REM (Rasterelektronenmikroskopie) das Mittel der Wahl, mit der Merkmale mit einer Auflösung von 10 Nanometern oder weniger analysiert werden können.

Die Kunden, die ich berate, haben bei ihren Forschungsbemühungen viel Hilfe und Unterstützung von ZEISS erhalten. Die Messung erwies sich als recht präzise. Beispielsweise kann eine fragliche Subjektzelle je nach Anforderung mit unterschiedlichen Auflösungsstufen untersucht werden. Ein CT-Scan kann mit einer Auflösung von 30 Mikrometern Einblicke in die gesamte Zelle liefern, und der Übergang zu einem XRM würde Auflösungen von einigen Mikrometern auf ROI-Ebene liefern. Darüber hinaus kann eine Zelle in einem FESEM einer vollständigen Zerlegungsanalyse unterzogen werden, um feinere Strukturen zu bewerten und mit einer Auflösung von 0,5 Nanometern zu untersuchen. Ihr FESEM hat sich als sehr hilfreich bei der Erforschung von Rohstoffen auf nanoskaliger Ebene erwiesen.

Die ZEISS-Anlage in Bangalore ist gut konzipiert. Nachdem ich mit einigen mir bekannten Unternehmen in der Branche gesprochen habe, ist mir aufgefallen, dass ZEISS diese Kunden unterstützt und dass einige dieser Kunden sogar an Standorten außerhalb des Landes technischen Support von ZEISS erhalten haben. Dies zeigt weiter, wie das Feedback ausgefallen ist. Ich habe noch nie ein Unternehmen in diesem Bereich gesehen, das über einen technologischen Hintergrund in der Zell-/Batterieinspektion verfügt und diese als Standardkataloglösung anbietet.

In regelmäßigen Abständen bringe ich Lithium-Ionen-Batterien zum ZEISS-Standort in Bangalore, um sie vermessen zu lassen. Die Messung war sehr genau und ich habe festgestellt, dass sie bei der Durchführung meiner Li-Ionen-Zellen-Fehleranalyse von großem Nutzen ist. Generell kann ich hierzu keine Kritikpunkte vorbringen.

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