全自动扫描电镜成像分析在优化电池正极材料质量管理中的应用
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发布时间：2024-08-19 20:47
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时间：2024-08-22 06:26
正极材料及其前驱体的粒径分布和微观结构对电池的能量密度和安全性至关重要，因此在生产过程中需要严格监控这些颗粒的质量。扫描电子显微镜（SEM）用于制造过程质量控制，能够识别原材料及其中间产物的质量波动。SEM能够提供直观全面的形态统计结果，在正极颗粒的质量控制过程中发挥着重要作用。
本文使用自动化扫描电镜（SEM）对NCM正极及其前驱体进行检测，展示了该方法如何帮助正极材料生产商优化其质量检查（QC）工序。这一自动化的解决方案有望通过提高工厂生产力，并节省大量成本。
图1显示了NCM正极粉末的生产过程，包括烧结和研磨粉碎成所需粒径。NCM颗粒的最终形态和粒径取决于其前驱体颗粒的粒径以及烧结的过程，因此在前驱体生产过程中控制前驱体的质量至关重要。
图2显示了通过不同合成工艺生产的前驱体颗粒的SEM图。具有窄粒径分布的前驱体可以在更短的时间内锂化，从而获得更好的结晶度。窄的粒径分布和良好的层结构也代表着更好的电化学性能。
图3显示了NCM正极颗粒通常由许多一次晶体颗粒组成，这些颗粒在充电和放电时会发生锂离子的嵌入和脱嵌入，从而导致正极材料的破裂。因此，一次晶体颗粒的表征对于整个NCM材料分析至关重要。
图4显示了具有宽的二次粒径分布的NCM颗粒，这导致了较低的能量密度。确保前驱体的粒径大小在预期值内，能够提高最终正极粉末符合规范的可能性。
图5显示了颗粒分散度不足、过度分离和高度团聚的情况，这些都会对颗粒的电化学性能产生负面影响。SEM可以清晰地显示研磨后的颗粒，有助于生产尺寸均匀的颗粒并优化该生产过程。
传统的SEM用于QC需要检查一个样品中的多个位置，以确保结果具有普遍性。飞纳电镜Phenom XL G2提供了自动成像工作流，可以在加载样品后自动获取数据。
AutoScan软件可以自动获取每个样品的不同位置以及不同放大倍数下的图像。该自动化程序可以每周七天、每天24小时运行。
ParticleMetric飞纳颗粒统计分析软件可以自动分析图像并计算统计颗粒形态信息，包括各种颗粒性质和统计数据。
Phenom ParticleX锂电池清洁度检测系统可以用于监控原材料或生产过程中的异物，确保电池的安全性。
