Immer mehr Menschen steigen auf Elektrofahrzeuge, auch E-Autos oder batterieelektrische Fahrzeuge genannt, um. Während Elektrofahrzeuge wegen ihrer geringeren Emissionen, höheren Kraftstoffeinsparungen und niedrigeren Wartungskosten beliebt sind, bleibt die Akkusicherheit ein Problem.

Lithium-Ionen-Akkus, die zur Stromversorgung von Elektrofahrzeugen und vielen tragbaren Elektronikgeräten verwendet werden, können überhitzen, wenn sie unsachgemäß hergestellt oder beschädigt werden. Dies kann dazu führen, dass der Akku Feuer fängt und sogar explodiert. Um diesen Risiken vorzubeugen, gibt es weltweit verschiedene Normen, Standards und Prüfverfahren für die Sicherheit von Lithiumakkus.

Ein nützliches Prüfwerkzeug für die Sicherheit von Lithiumakkus ist das Industriemikroskop. In diesem Blogartikel wird erläutert, wie verschiedene Industriemikroskope die Prüfung von Lithiumakkus für Elektrofahrzeuge unterstützen.

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?

Einfach ausgedrückt ist ein Lithium-Ionen-Akku ein wiederaufladbarer Akku, der durch die Bewegung von Lithium-Ionen Elektrizität erzeugt. Die vier Hauptkomponenten eines Lithium-Ionen-Akkus sind eine Kathode, eine Anode, ein Elektrolyt und ein Separator.

• Eine Kathode ist eine positive Elektrode (typischerweise ein Metalloxid) und die Quelle von Lithium-Ionen. Sie bestimmt die Kapazität und Spannung des Akkus.
• Eine Anode ist eine negative Elektrode (typischerweise Graphit), die Elektrizität erzeugt, indem sie das von der Kathode stammende Lithium speichert und freisetzt.
• Ein Elektrolyt fungiert als Leiter, der die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode erleichtert.
• Ein Separator (z. B. Diaphragma) ist eine dünne Membran, die Anode und Kathode räumlich trennt. Diese Trennung verhindert den direkten Elektronenfluss (wichtig, um einen Kurzschluss zu verhindern), während sie den Durchgang von Lithium-Ionen durch winzige Löcher ermöglicht.

Wenn sich ein Lithiumakku entlädt, wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode. Dieser Entladevorgang liefert die elektrische Energie, die zum Betrieb verschiedener Geräte benötigt wird. Beim Anschließen des Geräts kehrt die Ladung diese Bewegung um – die Lithium-Ionen wandern von der Kathode zur Anode.

Das gesamte Leistungssystem des Akku hängt von der Akkusicherheit ab, um gut zu funktionieren. Eine Akkuzelle, die kurzgeschlossen wird, kann einen Brand, eine Explosion oder andere Unfälle verursachen. Verunreinigungen oder Beschädigungen, die während der Herstellung entstehen, können die Sicherheit und Leistung des Akkus ebenfalls beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, dass während des gesamten Herstellungsprozesses strenge Prüfverfahren angewendet werden.

Prüfverfahren zur Unterstützung der Sicherheit und Leistung von Lithium-Ionen-Akkus

Prüfer müssen während der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus verschiedene Komponenten prüfen, um sicherzustellen, dass die Teile rein und fehlerfrei sind. Hierzu gehören:

1. Prüfung von Graten der Elektrodenplatte

Zunächst ist es wichtig, Elektroden im Herstellungsprozess auf Grate zu überwachen. Zu lange Elektrodengrate durchbohren die Membran und verursachen einen Kurzschluss. Um diese Risiken zu vermeiden, müssen Elektrodengrate sorgfältig überwacht und vermessen werden. Zudem kann die Membranqualität die Akkuleistung stark beeinflussen. Prüfer müssen die Membran prüfen, um Oberflächenkratzer und andere Fehler zu erkennen.

Industriemikroskope sind bei diesen Prüfungen ausgesprochen nützlich. Unser DSX1000 Digitalmikroskop ermöglicht:

• Betrachtung von Graten aus mehreren Blickwinkeln, um ihren Zustand klar zu sehen und das Übersehen von Fehlern zu vermeiden
• Messung der Größe der Grate
• Mit dem differenziellen Interferenzkontrast (DIC) als Beobachtungsmethode kann die Membran auf Kratzer und andere Fehler geprüft werden

Betrachtung eines Elektrodengrats einer Platte mit dem DSX1000 Digitalmikroskop

2. Prüfung des Akkugehäuses und der Elektrodenplatten

Nach dem Beschichten und Schneiden von Elektroden muss die Elektrodenschichtdicke mikroskopisch gemessen werden.

Das DSX1000 Mikroskop ermöglicht ein dreidimensionales Prüfen und Messen für präzise Messergebnisse. Mit diesen Funktionen lassen sich die Dicke des Querschnitts einer Elektrodenplatte, die Dicke jeder ihrer Schichten und ihre Oberflächenwinkel messen.

3D-Messung eines Querschnitts einer Elektrodenplatte

Das Akkugehäuse und die Elektrodenplatten müssen ebenfalls auf technische Sauberkeit geprüft werden, um zu verhindern, dass Metallverunreinigungen in die Teile eindringen. Metallische Fasern können einen Kurzschluss im Akku verursachen, wenn sie die Zwischenschichten durchstechen.

Mit unserem automatisierten OLYMPUS CIX100 System wird die Sauberkeit des Lithiumakkugehäuses und der Elektrodenplatten in Echtzeit geprüft. Das System erfasst schnell ein Kontaminationsbild und klassifiziert und misst die Größe einzelner Kontaminationspartikel. Da das System reflektierende (metallische) und nicht reflektierende Partikel in einem Bild erkennt, lässt sich schnell feststellen, ob metallische Fasern vorhanden sind.

Nach der Prüfung erstellt das System auf Knopfdruck normkonforme Berichte. Die Ergebnisse sind dank vorkalibriertem System, mechanischer Stabilität und automatisierter Steuerung genau und reproduzierbar.

OLYMPUS CIX100 System zur Prüfung der technischen Sauberkeit

Beispiel für die Prüfung der Sauberkeit auf Fasern mit dem OLYMPUS CIX100 System

Mikroskope und andere Werkzeuge für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus

Die oben genannten Anwendungen zeigen, wie wichtig Digitalmikroskope und Prüfsysteme für die technische Sauberkeit bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus sind. Andere Industriewerkzeuge, wie Laser-Scanning-Mikroskope und RFA-Handanalysatoren, können ebenfalls bei der Prüfung und Qualitätskontrolle während der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus nützlich sein.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Informationsportal unter Lösungen zur Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus.