Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries

Význam tématu

Lithium-iontové baterie představují klíčovou technologii pro přechod k bezuhlíkové společnosti. Díky vysoké energetické hustotě a dlouhé životnosti se uplatňují nejen v oblasti elektromobility, ale také ve stacionárních úložištích obnovitelných zdrojů. S rostoucím nasazením Li-ion technologií roste význam komplexního analytického zajištění kvality v každé fázi životního cyklu baterie – od vývoje materiálů přes výrobu, bezpečnostní testy až po recyklaci a opětovné využití surovin.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentovaného dokumentu je představit ucelené řešení analytických metod pro výzkum, vývoj a kontrolu kvality lithium-iontových baterií. Dokument popisuje portfolio přístrojů Shimadzu, které pokrývají klíčové aspekty analýzy surovin, elektrody, článků i modulů. Dále prezentuje aplikace pro hodnocení degradace, bezpečnostní testování a recyklaci recyklovaných materiálů.

Použitá metodika a instrumentace

• Analýza velikosti a tvaru částic: SALD-2300 (laserová difrakce), iSpect DIA-10 (dynamická zobrazovací analýza)
• Prvková a stopová analýza: ICPE-9820 (ICP emisní spektrometrie), EDX-7200 (rentgenová fluorescenční spektrometrie)
• Organické analytické metody: GC-MS (GCMS-QP2050), LC-MS (LCMS-2050), IC HIC-ESP
• Termické a mechanické vlastnosti: DSC/TG (DTG-60), Autograph AGX-V2, EZ Test, MCT Series
• Strukturní a povrchová analýza: X-Ray CT (inspeXio SMX-225CT), EPMA-8050G, XPS (AXIS Supra+), SPM-Nanoa, AIRsight (FTIR/Raman)

Hlavní výsledky a diskuse

Studie demonstruje, že široké spektrum Shimadzu instrumentů umožňuje:

• Rychlé a přesné stanovení granulometrie i koncentrace materiálů pro elektrody
• Komplexní mapování chemického složení a identifikaci stopových prvků v active materiálech
• Neinvazivní vizualizaci vnitřní struktury článků a modulů pomocí rentgenové tomografie
• Hodnocení tepelných a mechanických vlastností součástí baterie pro zajištění bezpečnosti a životnosti
• Analýzu degradace elektrolytu a povrchových vrstev po cyklování
• Optimalizaci recyklačních procesů a posouzení kvality obnovovaných materiálů

Přínosy a praktické využití metody

• Výzkumným laboratořím poskytují přístroje robustní data pro vývoj nových materiálů a konstrukčních konceptů
• Výrobním závodům umožňují integrovat in-line kontroly granulometrie, chemického složení a defektoskopii
• QA/QC oddělením slouží k rutinnímu ověřování fyzikálních a tepelných parametrů součástí
• Recyklačním firmám pomáhají kvantifikovat kvalitu černé hmoty a definovat parametry pro sekundární využití kovů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Nárůst poptávky po all-solid-state bateriích a nutnost nových analytických protokolů pro pevné elektrolyty
• Integrace umělé inteligence pro prediktivní údržbu a vyhodnocování dat z in-line senzorů
• Další miniaturizace a automatizace instrumentů pro kontrolu kvality v reálném čase
• Rozvoj environmentálně šetrných postupů s nižší spotřebou chemikálií a energií

Závěr

Prezentované řešení Shimadzu pokrývá kompletní analytický řetězec od surovin až po finální moduly lithium-iontových baterií. Díky širokému portfoliu přístrojů lze zajistit vysokou kvalitu, bezpečnost a udržitelnost ve všech fázích životního cyklu baterií.

Reference

1. Shimadzu Corporation, Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries, First Edition: March 2025.