Литий-ионные аккумуляторы все чаще используются в электромобилях в качестве источника питания. В условиях роста спроса производители высокомощных аккумуляторов должны иметь возможность обеспечивать безопасность и стабильные эксплуатационные характеристики своей продукции посредством строгих мер контроля качества.
Одним из эффективных решений для контроля качества является РФ-анализатор. Узнайте, насколько важную роль РФА играют в цепочке поставок высокомощных литий-ионных аккумуляторов для обеспечения соответствия продукции стандартам качества на всех этапах процесса.
Будущее за электроэнергией: инновационные решения с высокомощными литий-ионными аккумуляторами
Благодаря ряду преимуществ, таких как высокая мощность, высокое напряжение, широкий диапазон рабочих температур и длительный срок службы, литий-ионные батареи используются в большинстве электронного и электрического оборудования. По прогнозам на сегодняшний день, размер международного рынка литий-ионных аккумуляторов может вырасти до 94,4 млрд. $ к 2025 году.
Одним из основных стимулов такого масштабного применения этого типа батарей является рост объемов производства электромобилей во всем мире; предполагается, что в будущем литий-ионные батареи большой емкости будут основным источником питания в электромобилях. Современные поставщики сырья, производители высокомощных батарей и производители электромобилей активно сотрудничают в области исследований и разработок литий-ионных аккумуляторов с высокой энергетической плотностью.
Риски, связанные с применением высокомощных литий-ионных аккумуляторов в автомобильной промышленности.
Однако с инновационными решениями сопряжены серьезные проблемы безопасности: в мире зарегистрировано множество катастрофических инцидентов с возгоранием литий-ионных аккумуляторов. Причиной этих инцидентов служили как внутренние, так и внешние факторы:
- Внутренние факторы, такие как нарушения состава материалов батареи или производственных процессов, могут повлиять на безопасность батареи.
- К внешним факторам относятся ненадлежащие условия эксплуатации батареи, например чрезмерная зарядка и сдавливающее воздействие, что может привести к вздутию, тлению батареи или даже ее возгоранию.
Короткое замыкание является самой распространенной причиной инцидентов с литий-ионными аккумуляторами. Внутреннее короткое замыкание происходит вследствие случайного контакта положительного и отрицательного электродов в батарее.
Зачастую короткое замыкание вызывается следующими причинами:
- Металлические частицы, оставшиеся в процессе производства
- Заусенцы, оставшиеся при разрезании металлической фольги электрода
- Литиевые дендриты, образовавшиеся в процессе эксплуатации батареи
- Сдавливание и прочие виды нежелательного механического воздействия
Причиной отказа литий-ионной батареи может служить как прямое, так и косвенное воздействие.
Роль портативных РФ-анализаторов в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов
К счастью, портативные РФА могут помочь в обнаружении дефектов, возникающих в процессе производства. Для наглядного представления роли анализаторов в цепочке поставок литий-ионных батарей приведем следующий пример:
Производитель литий-ионных батарей А закупил несколько портативных РФ-анализаторов Vanta™ производства Olympus для анализа сырья для аккумуляторов и их контактных деталей на своих производственных объектах.
Портативные РФ-анализаторы Vanta компании Olympus.
Согласно нормативно-правовым требованиям, концентрация металлических включений (в том числе железа, серебра, кобальта, цинка, меди, никеля и хрома) в материалах электродов литий-ионных аккумуляторов не должна превышать установленных пределов. Эти пределы, как правило, составляют 30-50 ч./млн., поскольку инородные металлические частицы (даже в небольшом количестве) в материалах литий-ионных аккумуляторов могут стать причиной короткого замыкания в процессе эксплуатации.
Соответственно, производитель А обязан обеспечить полное отсутствие каких-либо металлических частиц на своих производственных объектах во избежание их случайного попадания в материалы аккумулятора.
Присутствие инородных металлических частиц может стать причиной взрыва литий-ионного аккумулятора.
Производитель литиевых аккумуляторов А и другие производители в этой отрасли — не единственные, кто должен измерять содержание инородных примесей в материалах.
Поставщик сырья для производителя А и поставщики оборудования для изготовления аккумуляторов также должны обеспечивать соблюдение стандартов качества на всех этапах цепочки поставок (как входящих, так и исходящих). В связи с этим поставщик сырья В для производителя А закупил несколько портативных РФ-анализаторов для выполнения обозначенных процедур контроля.
Кроме того, поставщик оборудования C предоставляет производителю A оборудование для производства материалов для аккумуляторов, соответственно он тоже должен проводить контроль качества своей продукции. Одним из примеров служат лопасти крыльчатки, показанные ниже.
Красным контуром на лопастях обведены области, которые подлежат контролю качества. Поверхность сплава покрыта карбидом вольфрама. Если в процессе испытаний будут обнаружены какие-либо металлические элементы, например железо или медь, то анализируемая лопасть классифицируется как несоответствующая требованиям. Как показывает опыт, слой карбида вольфрама толщиной как минимум 50 мкм соответствует требованиям.
Согласно требованиями производителя А, поверхности всего производственного оборудования должны быть покрыты карбидом вольфрама толщиной не менее 50 мкм для предотвращения воздействия на сплав оборудования и во избежание ухудшения чистоты материалов литиевых батарей.
Поставщику C также необходимо выполнить проверку соответствия приобретенного карбида вольфрама и потребовать того же от поставщика D, который занимается поставками этого карбида вольфрама. Кроме того, трехкомпонентные материалы литиевых электродов, обычно используемые в литий-ионных аккумуляторах, могут быть переработаны по истечении срока службы батарей. Использование портативных РФА для анализа и классификации отработанных аккумуляторов также является хорошей практикой для перерабатывающих предприятий.
Как видно на приведенной ниже схеме, наши портативные РФА играют немаловажную роль на всех этапах цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов.
Портативные РФ-анализаторы могут стать эффективным инструментом контроля на всех этапах цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов.
См. также
9 практических советов для контроля качества продукции на всех этапах производства
Брошюра: РФ-анализаторы Vanta для производства
Знаете ли вы? — Портативные РФА используются для обеспечения безопасности автомобилей
