可视化锂电池极片3D微观结构

高工锂电技术与应用 2018-06-13 18:04 次阅读

极片微结构的真实实验数据,通常采用随机模型生成电池极片微结构的简化图像,这与实际结构往往存在差别。

锂离子电池极片的微观结构对电池性能有重大影响。目前,采用计算机仿真技术可以模拟锂离子电池微观结构与电池性能的关系。但是,由于缺乏电池极片微结构的真实实验数据,通常采用随机模型生成电池极片微结构的简化图像,这与实际结构往往存在差别。

苏黎世联邦理工学院的Martin Ebner等人启动了一个电池微观结构项目,他们采用X射线断层扫描技术采集电池微观结构图像,免费提供下载锂离子电池多孔电极和隔膜的三维微观结构和电化学数据。

锂离子电池极片可看成一种复合材料,主要由四部分组成:(1)活性物质颗粒,嵌入或脱出锂离子,正极颗粒提供锂源,负极颗粒接受锂离子;(2)导电剂和黏结剂相互混合的组成相(碳胶相),粘结剂连结活物质颗粒,涂层与集流体,导电剂导通电子;(3)孔隙,填满电解液,这是极片中锂离子传输的通道;(4)集流体。

在电化学过程,极片涂层主要包括以下几个过程:(1)电子传输;(2)离子传输;(3)在电解液/电极颗粒界面发生电荷交换,即电化学反应;(4)固相内锂离子的扩散。(详细过程解释参见文章:锂离子电池极片机理)。极片微观结构中,颗粒粒径大小和分布会影响锂离子扩散路径和电化学反应比表面大小,孔径大小和分布会影响电解液的传输过程,孔隙迂曲度决定锂离子传输距离,等等。这些微结构特征都会最终影响电池性能。

利用电池微观结构开源数据,科研工作者可以研究电池极片微结构特征,电池微观机理,以及微结构控制技术。比如利用这些电池极片三维数据生成有限元模型,将这些真实微观结构模型作为输入,仿真模拟电池的性能,建立微观结构与电化学性能之间的关系。我们实际电池设计和制造者也可以采用这些数据直观认识和理解电池极片的微观结构特征,实现对极片微观结构的优化和更精确地控制。以下对开源数据简单说明,并示例三维立体图像重构过程。

电极微观结构开源数据主要是NMC111正极极片,包括活物质NMC111:粘结剂PVDF:导电剂Super C65比例分别为 90:5:5、 92:4:4、 94:3:3、 96:2:2 四种配方的极片,每种配方又分别经历0T、300T、600T、2000T压力条件辊压,共计16种极片。由于X射线CT扫描分辨率限制,极片微观结构只能区分活物质颗粒和孔隙两相,碳胶相被看成了孔隙。电化学数据是将极片组装成纽扣半电池进行的测试。

采用ImageJ软件(免费开源软件,下载地址:http://imagej.net/Downloads )对极片图片序列进行三维立体图像重构示例,步骤如下:

(1)从开源数据库下载Binary Data数据,如图1所示;

图1 开源数据列表

(2)打开ImageJ软件,首先使用 File> > Import> > ImageSequence命令以virtual stack形式导入二值化的图像序列(binarized文件夹),如图2所示;

图2 导入二值化的图像序列

(2)然后构建三维模型,具体步骤如下: Plugins>> 3D> > 3D Viewer,操作步骤如图3所示。

图3 构建三维模型

(3)对图3视图可以进行操作,设置背景颜色,旋转视角,缩小放大等,锂离子电池极片3D微观结构如图4所示。

图4 锂离子电池极片3D微观结构

获取以上3D微观结构之后,我们可以统计活物质颗粒粒径分布,孔隙率,孔道迂曲度等参数,如图5所示。

图5 粒径分布和孔隙率分布

原文标题:【泰德激光•技术札记】可视化锂电池极片3D微观结构

文章出处:【微信号:gh_a6b91417f850,微信公众号:高工锂电技术与应用】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

锂电池行业将在2019-2025年迎第二次产能扩张

近日,先导智能发布业绩预告,2018 年1-9 月归母净利润预计5.01~5.85 亿元,相比上年同....

发表于 10-15 14:10 75次 阅读
锂电池行业将在2019-2025年迎第二次产能扩张

比亚迪成功签约巴西首个锂电池集装箱式储能项目

近期,比亚迪储能持续发力,再次攻克新市场,成功签约巴西首个锂电池集装箱式储能项目,此项目不仅是比亚迪....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 10-15 11:44 424次 阅读
比亚迪成功签约巴西首个锂电池集装箱式储能项目

浅析影响软包锂电池热封工艺的因素

铝塑膜的设计、制造技术要求较高,目前国内90%的市场主要被日本的DNP/昭和电工、韩国栗村等日韩企业....

的头像 高工锂电 发表于 10-15 11:30 117次 阅读
浅析影响软包锂电池热封工艺的因素

化学电源教案之《化学电源工艺学-第一部分》后有第二部分下载链接

本书是为解决本科专业调整后之教学急需编的《化学电源工艺学)教材。全书共10章,包括:化学电源概论锌-....

发表于 10-15 08:00 6次 阅读
化学电源教案之《化学电源工艺学-第一部分》后有第二部分下载链接

化学电源教案之《化学电源工艺学-第二部分》

化学电源又称电池,是一种能将化学能直接转变成电能的装置,它通过化学反应,消耗某种化学物质,输出电能。....

发表于 10-15 08:00 7次 阅读
化学电源教案之《化学电源工艺学-第二部分》

锂电池容量到底是指什么

我们现在设计电子产品,很多时候也用锂电池供电,同手机或者平板电脑用锂电池供电一样,熟悉了解锂电池容量....

发表于 10-12 15:04 155次 阅读
锂电池容量到底是指什么

韩国政府计划打造智能船厂 确保韩国造船业的竞争优势

据材料科技在线10月9日消息,加州大学伯克利分校研究人员提出一项新发明,可有效减轻极端天气对锂离子电....

的头像 全球技术地图 发表于 10-12 14:33 1028次 阅读
韩国政府计划打造智能船厂 确保韩国造船业的竞争优势

凌志新材张春晖:展望pack安全防护材料未来

2018年10月18—19日,2018国际锂电池关键材料技术创新峰会将在深圳举办,凌志新材研究院院长....

的头像 高工锂电 发表于 10-12 09:29 289次 阅读
凌志新材张春晖:展望pack安全防护材料未来

2018国际锂电池关键材料技术创新峰会开启 南京创源天地Pack轻量化创新路径

届时,南京创源天地动力科技有限公司(下称“南京创源天地”)技术部总监刘峰将围绕“Pack轻量化设计思....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 10-12 09:03 554次 阅读
2018国际锂电池关键材料技术创新峰会开启 南京创源天地Pack轻量化创新路径

三元锂电池安全性判断以什么为准?

针对电动车起火事件中对于三元锂电池安全性的质疑,王秉刚强调,“电池是否安全,要以能不能达到安全要求为....

的头像 高工锂电 发表于 10-11 16:10 271次 阅读
三元锂电池安全性判断以什么为准?

赛微CW1243 4节电池保护芯片外围简单保护可靠

CW1243 4节电池保护芯片 The CW1243 series products are highly integrated protection ICs for 4 lithium-ion and lit...

发表于 10-11 15:52 133次 阅读
赛微CW1243 4节电池保护芯片外围简单保护可靠

影响软包锂电池热封工艺的因素有哪些?

铝塑膜的设计、制造技术要求较高,目前国内90%的市场主要被日本的DNP/昭和电工、韩国栗村等日韩企业....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 10-11 11:39 321次 阅读
影响软包锂电池热封工艺的因素有哪些?

锂电池干货系列之锂电和金属锂能量密度计算

远东福斯特深耕18650三元锂电池多年,拥有18650-2400mAh、2600mAh、2800mA....

的头像 锂电联盟会长 发表于 10-11 10:46 331次 阅读
锂电池干货系列之锂电和金属锂能量密度计算

锂电池系统起火原因分析

            都说安全是动力电池的命根儿,最近在思考电池系统由内而外起火的原因分析...

发表于 10-10 17:25 41次 阅读
锂电池系统起火原因分析

锂电池快充的奥秘

  锂电池快充的奥秘。在当今时代,人们越来越喜欢追求高效快速,这一高效理念是多方面的。在锂电池产品越来越多的现在,对于锂...

发表于 10-10 16:58 385次 阅读
锂电池快充的奥秘

艾迈斯半导体为单节锂电池供电产品推出200mA超紧凑型高效升压转换器

  传感器供应商艾迈斯半导体(ams AG)今日推出高效紧凑的升压转换器AS1383,可帮助延长单节锂电池供电设备的运行时间。 ...

发表于 10-10 16:45 15次 阅读
艾迈斯半导体为单节锂电池供电产品推出200mA超紧凑型高效升压转换器

钒电池工作原理与优点

    钒电池(VRB)是一种新型清洁能源存储装置,经过美国、日本、澳大利亚等国家的应用验证,与目前市场中的铅酸蓄...

发表于 10-10 16:39 15次 阅读
钒电池工作原理与优点

96V/50AH铁锂电+UPSdiy图解

这个电池买了几个月了,一直没空组装,前几个星期组起来后又发现输出电压不正常。

的头像 39度创意研究所 发表于 10-10 15:04 186次 阅读
96V/50AH铁锂电+UPSdiy图解

HY2112 1节磷酸铁锂电池保护芯片的详细数据手册

HY2112系列IC,内置高精度电压检测电路和延迟电路,是用于单节磷酸铁锺可再充电电池的保护IC.

发表于 10-10 08:00 68次 阅读
HY2112 1节磷酸铁锂电池保护芯片的详细数据手册

请问ADI有没有可以测量锂电池内阻的芯片(100欧姆内)?

ADI有没有可以测量锂电池内阻的芯片(100欧姆内)?...

发表于 10-09 17:44 23次 阅读
请问ADI有没有可以测量锂电池内阻的芯片(100欧姆内)?

锂离子电池的比能量已经达到300Wh/kg左右,初步实现了2020年目标

为了分析富锂材料在循环中电压衰降的机理,Enyuan Hu利用XAS工具分析了富锂材料在第1、25、....

的头像 锂电联盟会长 发表于 10-09 15:27 754次 阅读
锂离子电池的比能量已经达到300Wh/kg左右,初步实现了2020年目标

固体能源系统公司今年将在无人机上应用更安全的锂电池

当今的电池使用锂盐的稀溶液作为电解质,其作用是在碳阳极和锂过渡金属氧化物阴极之间来回传输离子。一些陶....

的头像 IEEE电气电子工程师学会 发表于 10-09 10:22 355次 阅读
固体能源系统公司今年将在无人机上应用更安全的锂电池

CS8316两节锂电池供电单声道25W/单节锂电池18W恒定功率输出单芯片方案

引言 随着蓝牙音箱功能和性能的快速提升,消费者对产品轻薄化以及功率的要求也越来越高,在室外应用场景下....

的头像 物联网之声 发表于 10-08 17:57 231次 阅读
CS8316两节锂电池供电单声道25W/单节锂电池18W恒定功率输出单芯片方案

相同容量锂电池包与铅酸电池谁走得更远?

  选择相同容量锂电池包与铅酸电池,谁走得更远?锂电池包和铅酸电池是大家最喜欢拿来对比的两款电池了,以前铅酸电池主导市场,...

发表于 10-08 16:30 279次 阅读
相同容量锂电池包与铅酸电池谁走得更远?

艾德克斯便携式锂电池安全测试方案

  引言   锂电池在人们的生活和生产中运用越来越广泛,自从2007年苹果公司发布智能手机,随后又推出平板电脑以来,全球便进...

发表于 10-08 15:50 20次 阅读
艾德克斯便携式锂电池安全测试方案

一款基于简易电池自动恒流的充电电路方案设计

  随着国际原油价格飞涨,各种新型能源的研究成为公众关注的焦点。电能作为动力能源已经在各种车辆上得到广泛应用。锂电池以具...

发表于 10-08 15:43 20次 阅读
一款基于简易电池自动恒流的充电电路方案设计

MHP-TA和PPTC在锂电池保护方案中的作用

    近年来, 各种便携式电子产品如雨后春笋般的出现在人们的日常生活中,手机、数码相机、音乐播放器、平板电脑、超级...

发表于 10-08 15:24 23次 阅读
MHP-TA和PPTC在锂电池保护方案中的作用

一文了解动力电池技术发展形势

电池企业在提升现有技术路线产品性能的同时,也应该积极布局下一代电池的研发,以便在下一轮竞争中占据主导....

的头像 罗欣 发表于 10-08 10:39 727次 阅读
一文了解动力电池技术发展形势

盘点动力电池技术现状及未来展望

在车用动力电池领域,锂电池已经成为主流。目前国际主流动力电池企业主要电池类型基本为磷酸铁锂和三元锂电....

的头像 锂电联盟会长 发表于 10-08 09:19 443次 阅读
盘点动力电池技术现状及未来展望

锂电池BMS三大核心功能及五点认识误区

BMS最核心的三大功能为电芯监控、荷电状态(SOC)估算以及单体电池均衡。

的头像 BMS电池监控论坛 发表于 10-05 17:16 602次 阅读
锂电池BMS三大核心功能及五点认识误区

用深度学习检测行李箱中的锂电池

随着越来越多的人使用电池组来为我们的设备充电,例如无人机,照相机等,考虑到危害是巨大的,所以确保没有....

的头像 中国人工智能学会 发表于 10-04 15:16 401次 阅读
用深度学习检测行李箱中的锂电池

世界银行筹50亿美元支持发展中国家进行“电池革命”

世界银行计划推动一项总额50亿美元的投资项目支持发展中国家进行“电池革命”,推动当地电池产业的发展,....

的头像 高工锂电 发表于 09-30 11:51 565次 阅读
世界银行筹50亿美元支持发展中国家进行“电池革命”

铅酸电池企业的锂电池业务主要遭遇了哪些发展困境?

对于锂电业绩的下滑原因,天能动力表示,由于锂电行业补贴退坡,导致大量整车厂现金流恶化,公司从谨慎经营....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 09-29 15:36 657次 阅读
铅酸电池企业的锂电池业务主要遭遇了哪些发展困境?

图文解读锂电池21道生产工序

“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼....

的头像 工业机器人 发表于 09-28 17:17 498次 阅读
图文解读锂电池21道生产工序

赣锋锂业将拟5亿元投资建设年产2.5万吨电池级氢氧化锂项目

9月26日,赣锋锂业发布公告称,为满足国内外市场需求,实现公司做大做强的发展目标,凭借已具备的矿产资....

发表于 09-28 16:36 125次 阅读
赣锋锂业将拟5亿元投资建设年产2.5万吨电池级氢氧化锂项目

高科技芯片产品填补了国内技术空白,一举打破国际垄断

创新人才释放出推动慈溪高质量发展的磅礴之力。截至目前,慈溪累计引进集聚院士、“国千”“国万”专家等顶....

的头像 PCB开门网 发表于 09-28 16:27 1408次 阅读
高科技芯片产品填补了国内技术空白,一举打破国际垄断

科达利在锂电池结构件市场“一骑绝尘”

2017年科达利的市场占有率在国内锂电池结构件行业里排名第一,而中国前十家锂电池结构件生产企业的市场....

的头像 高工锂电 发表于 09-28 10:32 711次 阅读
科达利在锂电池结构件市场“一骑绝尘”

关于对讲机电池充电的一些技巧

经常听到有些用户经常抱怨说,对讲机电池用一段时间,就感觉对讲机的电池耗电快了,不如一开始使用的时间长....

的头像 通信通讯设备 发表于 09-28 10:01 414次 阅读
关于对讲机电池充电的一些技巧

美团股价跌破发行价能不能买 新纶科技首条国产锂电铝塑膜实现量产

9月25日上午,新纶科技(002341)常州锂电池铝塑膜项目一期工程投产庆典暨二期工程建设启动仪式举....

的头像 机智云物联网 发表于 09-26 11:54 411次 阅读
美团股价跌破发行价能不能买 新纶科技首条国产锂电铝塑膜实现量产

锂电池电压采集电路原理图资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是锂电池电压采集电路原理图资料免费下载Altium Designer打开。

发表于 09-26 08:00 152次 阅读
锂电池电压采集电路原理图资料免费下载

如何破解电芯材料的应用命途?

锂电池原材料在产业化的应用过程中,囿于各自材料性能和动力电池企业应用的成效等不同,出现了截然相反的命....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 09-25 10:48 1249次 阅读
如何破解电芯材料的应用命途?

探讨石墨烯在各个领域中的应用!

由于石墨烯的发现,研究人员在2010年获得诺贝尔物理学奖。我们何时能看到世界上最新颖的材料所生产的产....

的头像 锂电联盟会长 发表于 09-25 09:51 1065次 阅读
探讨石墨烯在各个领域中的应用!

锂电池极片分切工序有什么特点?是如何处理毛刺问题的?

在极片分切工艺中,刀具的侧向压力和重叠量是圆盘切刀部的主要调整参数,需要根据极片的性质和厚度详细调整....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 09-24 19:01 569次 阅读
锂电池极片分切工序有什么特点?是如何处理毛刺问题的?

动力电池将迎来降价潮

“预计明年三元动力电池价格还会降10%-20%。”业内人士表示,这不是电池企业接不接受的问题,现实如....

的头像 高工锂电 发表于 09-23 17:04 658次 阅读
动力电池将迎来降价潮

特斯拉是怎么依靠锂电池达到500公里续航的呢?

购买纯电动车的心理障碍之一,就是电池的续航能力。300公里以下的纯电动车,很容易引起使用者的里程焦....

发表于 09-22 11:27 1139次 阅读
特斯拉是怎么依靠锂电池达到500公里续航的呢?

法国帅福得于2020年初大规模生产下一代锂离子电池

能源公司道达尔(Total)旗下子公司法国帅福得(Saft)公司预计将于2020年初开始大规模生产下....

的头像 高工锂电 发表于 09-20 14:48 598次 阅读
法国帅福得于2020年初大规模生产下一代锂离子电池

鹏辉能源58亿锂离子动力电池及系统项目开工

鹏辉能源表示,公司将根据实际情况公司将加快常州项目的进度,争取明年早投产,满足明年订单增长的需求。

的头像 高工锂电 发表于 09-20 14:44 641次 阅读
鹏辉能源58亿锂离子动力电池及系统项目开工

国内动力电池企业正面临“增收不增利”的尴尬局面

近日,杉杉股份发布2018年年中报告。中报显示,报告期内,公司实现营业收入42.88亿元,同比增长1....

的头像 高工锂电 发表于 09-19 16:10 532次 阅读
国内动力电池企业正面临“增收不增利”的尴尬局面

博郡汽车联手中化,旨在在推动各方在新能源汽车等领域进一步投资合作

在笔者看来,虽然博郡汽车并没有大声量的传播此次合作,但合作本身的重量级却不容小觑。简单而言,中化国....

发表于 09-19 14:17 3507次 阅读
博郡汽车联手中化,旨在在推动各方在新能源汽车等领域进一步投资合作

CW1053-5串锂电池组保护芯片的应用指南详细资料免费下载

CW1053 系列芯片内置高精度的电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路以及延时电路,适用于 5 ....

发表于 09-19 08:00 87次 阅读
CW1053-5串锂电池组保护芯片的应用指南详细资料免费下载

新海宜联合众多企业设立16亿新能源汽车基金

近年来,新海宜始终坚持“新能源”的转型方向,不断布局新能源汽车产业链,业务范围广泛涉及碳酸锂、电解液....

的头像 高工锂电 发表于 09-18 16:13 691次 阅读
新海宜联合众多企业设立16亿新能源汽车基金

浅析新能源汽车着火事故的原因及防护措施

电芯生产工艺非常复杂,任何一个环节的缺陷和不完整都会造成后端应用事故。系统层面,在一个包体内,如果选....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 09-17 16:53 1765次 阅读
浅析新能源汽车着火事故的原因及防护措施

塔菲尔动力与储能锂离子电芯项目落户山东

江苏塔菲尔“齐河塔菲尔动力与储能锂离子电芯项目一期”在山东省齐河开工,该项目是塔菲尔在北方的主要生产....

的头像 高工锂电 发表于 09-17 16:45 755次 阅读
塔菲尔动力与储能锂离子电芯项目落户山东

丰田对电池事故最到位的总结:过充、外短路、碰撞、内短路

通过仅十年新能源汽车发展的实践,,电池是新能源核心部件,已毋庸置疑。但是,作为整车的配套零件的电池系....

的头像 汽车电子设计 发表于 09-17 10:51 1247次 阅读
丰田对电池事故最到位的总结:过充、外短路、碰撞、内短路

电池续航能力估算

估算电池的续航能力,指的是在确定负载下时,去确定一个电池能够工作的时间。电池是用安时(毫安时)来标称....

的头像 电子工程师手册 发表于 09-14 20:44 482次 阅读
电池续航能力估算

受益于新能源汽车的爆发性增长,锂电产业链处于黄金期

我国新能源汽车行业发展逐渐由政策导向变为市场引导。新能源汽车在起步发展阶段存在续航能力不足、配套充电....

的头像 中国电源 发表于 09-14 15:10 6013次 阅读
受益于新能源汽车的爆发性增长,锂电产业链处于黄金期

卓誉自动化中标宁德时代热压机项目,累计金额5500万元

卓誉自动化近日陆续收到宁德时代中标通知,中标项目主要为热压机,主要用于新能源电池的生产加工。截至目前....

的头像 高工锂电 发表于 09-14 14:36 935次 阅读
卓誉自动化中标宁德时代热压机项目,累计金额5500万元

南洋科技败走锂电池隔膜,转投航天无人机业务

南洋科技拟将公司中文名称变更为“航天彩虹无人机股份有限公司”,并向国家工商行政管理总局提交更名申请。....

的头像 高工锂电 发表于 09-14 14:28 1872次 阅读
南洋科技败走锂电池隔膜,转投航天无人机业务

微宏动力首次配套乘用车,打破市场先例

此前微宏动力只为客车配套,这是首次配套乘用车,打破快充动力电池难以立足乘用车市场先例。

的头像 高工锂电 发表于 09-14 14:22 451次 阅读
微宏动力首次配套乘用车,打破市场先例

为什么氢氧化锂价格后期的走势变化如此之大?

从上图我们不难发现,氢氧化锂电池级的应用正在逐年增加。尤其是近两年,其产业结构相较十年前,可以说是发....

的头像 高工锂电 发表于 09-14 11:36 4284次 阅读
为什么氢氧化锂价格后期的走势变化如此之大?