L’inspection et l’analyse automatisée de l’excédent d’anode dans les cellules des batteries lithium-ion (LiB) peuvent être effectuées de manière automatique, précise et cohérente par Tomographie Numérique (TN) à rayons X, en production série, là où les temps de cycle sont particulièrement courts. Cette solution logicielle innovante de l’Unité commerciale de métrologie industrielle de Nikon Corporation (https://industry.nikon.com) – LiB.Overhang Analysis – dispose d’une Intelligence Artificielle destinée à optimiser son processus.
Ce logiciel permet d’obtenir un rendement d’inspection élevé en accord avec le niveau de production requis par une demande croissante du marché des batteries ceci pour répondre au besoin critique de réduction des coûts relatifs aux réclamations sous garantie provenant des utilisateurs de véhicules électriques, de systèmes de stockage d’énergie et d’autres équipements alimentés par électricité. L’objectif de ce développement, LiB.Overhang Analysis, est d’augmenter le nombre d’inspections anticipées sur chaîne de production dans le processus de fabrication afin d’améliorer la qualité des produits. Nikon fournit une solution complète en combinant cette nouvelle approche d’analyse avec ses innovations technologiques destinées à réduire les temps de scan, à savoir la source de rayons X microfoyer à cible rotative et mode d’acquisition Half.Turn CT.
L’anode d’une cellule de LiB est plus grande que la cathode afin d’éviter le placage de lithium et la formation éventuelle de dendrites. Il existe donc des zones passives sur l’anode, appelées zones en excédent, qui n’ont pas de correspondances avec la taille, plus petite, de la cathode. Les dimensions doivent toujours être comprises dans des limites étroites, au risque de réduire les performances de la batterie, et, dans des cas extrêmes, d’entraîner une combustion spontanée de celle-ci. Il est donc primordial d’analyser l’excédent d’anode.
L’analyse de ce dernier, grâce à l’inspection traditionnelle par radiographie 2D, présente cependant des limites : bien que rapide, elle ne fournit pas de résultats suffisamment précis ou reproductibles, car il est extrêmement difficile de distinguer les différentes couches avec une seule radiographie à faisceau conique, surtout lorsque les plaques ne sont pas parfaitement planes.
L’automatisation de l’analyse de l’excédent d’anode par la TN par rayons X en 3D, qui est une technologie relativement nouvelle sur le marché, élimine toutes les difficultés susmentionnées. LiB.Overhang Analysis s’avère suffisamment rapide pour s’adapter à la vitesse des chaînes de production, car très tolérant au bruit de mesure lors de l’acquisition des données tomographiques à haute vitesse.
En effet, la technologie avancée d’analyse basée sur l’IA de Nikon est en mesure d’utiliser des informations antérieures pour identifier et classer les caractéristiques de l’excédent de l’anode et les défauts des cellules, malgré les bruits de mesure et les artefacts courants des scans. Ces données tomographiques pourraient perturber les méthodes d’analyse conventionnelles et produire des résultats erronés dans le cas d’une segmentation automatique traditionnelle des couches d’anodes et de cathodes. Un temps de scan beaucoup plus lent serait nécessaire pour générer une image de meilleure qualité, ce qui compromettrait la productivité du contrôle qualité (CQ).
Spécialement conçu en interne pour les systèmes de TN par rayons X de la série XT H, le logiciel LiB.Overhang Analysis permet une inspection en usine des cellules de batteries de manière rapide, précise et fiable, sur chaîne de production ou en dehors. Les ingénieurs Nikon règlent avec précision les paramètres de la TN par rayons X et la configuration de LiB.Overhang Analysis afin d’optimiser la vitesse d’inspection et la reproductibilité du système.
Les excédents d’anode sont calculés automatiquement pour chaque couche de la pile d’anodes ou de cathodes, générant non pas un simple résultat de réussite ou d’échec, mais plutôt des mesures numériques des caractéristiques essentielles, de sorte que les clients peuvent utiliser les statistiques les plus pertinentes pour leurs besoins. L’une ou l’autre de ces méthodes permet de détecter et de quantifier rapidement les problèmes liés à l’assemblage, afin que les données puissent être renvoyées pour optimiser le processus de production, augmenter le rendement et réduire les déchets. Les données d’inspection peuvent être stockées dans une base de données du système d’exécution de fabrication pour permettre la traçabilité complète de chaque cellule individuelle, conformément aux pratiques de la Qualité 4.0
D’autres technologies uniques à Nikon jouent un rôle crucial dans le succès de ces nouvelles méthodes d’inspection et d’analyse, sans lesquelles l’acquisition de données à haute vitesse nécessaire serait impossible. L’une d’elles consiste à exploiter les capacités de la technologie innovante Rotating.Target 2.0 à cible rotative revêtue de tungstène. Celle-ci permet d’émettre un flux de rayons X de haute puissance avec une taille de tâche focale maîtrisée pour obtenir les meilleures résolutions et ce, grâce à une optimisation significative de la dissipation de la chaleur produite par ce phénomène physique. En parallèle et pour accroitre le gain de temps, la technologie Half.Turn CT de Nikon peut également être utilisée, de telle sorte qu’au lieu de faire tourner l’échantillon à examiner sur 360 degrés pendant le cycle d’inspection, il suffit de le faire tourner sur un peu plus de 180 degrés pour obtenir suffisamment de données pour reconstruire un volume à qualité d’image équivalente pour un temps de scan significativement réduit. Pour plus d’informations, cliquez ici.
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