Prevention and mitigation of thermal runaway presents one of the greatest challenges for the safe operation of lithium-ion batteries. At ESRF, high-speed synchrotron X-ray computed tomography and radiography are used to track the evolution of lithium-ion battery internal structure during thermal runaway. Agglomerate formation inside the cells is investigated for the first time, as it might yield new insights on thermal runaway. This work presents a pipeline for the segmentation and analysis of agglomerates in high-speed tomography data. The pipeline is based on a combination of image processing techniques, including thresholding, morphological operations, and connected component analysis. Segmentation results are presented and discussed, comparing different failure initiation methods and battery models. The results of this work are expected to provide a valuable framework for future research in this field.

La prevenzione e mitigazione del runaway rappresenta una delle maggiori sfide per il funzionamento sicuro delle batterie agli ioni di litio. All'ESRF, la tomografia computazionale e la radiografia ad alta velocità sono utilizzate per tracciare l'evoluzione della struttura interna della batterie agli ioni di litio durante il runaway. Per ottenere una migliore comprensione di questo fenomeno, per la prima volta viene condotto uno studio sulla formazione di agglomerati all'interno delle batterie. Questo lavoro presenta una pipeline per la segmentazione e l'analisi di agglomerati presenti in dati di tomografia ad alta velocità, basata su una combinazione di tecniche di elaborazione delle immagini quali thresholding, operazioni morfologiche e analisi dei componenti connessi. I risultati della segmentazione sono presentati e discussi, confrontando diversi metodi di avvio del guasto e modelli differenti di batteria. I risultati di questo lavoro potrebbero fornire una base preziosa per ricerche future in questo campo.

Synchrotron-based study of lithium-ion battery failure: pipeline for agglomerate segmentation and analysis

Venturelli, Matteo
2023/2024

Abstract

Prevention and mitigation of thermal runaway presents one of the greatest challenges for the safe operation of lithium-ion batteries. At ESRF, high-speed synchrotron X-ray computed tomography and radiography are used to track the evolution of lithium-ion battery internal structure during thermal runaway. Agglomerate formation inside the cells is investigated for the first time, as it might yield new insights on thermal runaway. This work presents a pipeline for the segmentation and analysis of agglomerates in high-speed tomography data. The pipeline is based on a combination of image processing techniques, including thresholding, morphological operations, and connected component analysis. Segmentation results are presented and discussed, comparing different failure initiation methods and battery models. The results of this work are expected to provide a valuable framework for future research in this field.
BROCHE, LUDOVIC
FRANSSON, MATILDA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
9-apr-2024
2023/2024
La prevenzione e mitigazione del runaway rappresenta una delle maggiori sfide per il funzionamento sicuro delle batterie agli ioni di litio. All'ESRF, la tomografia computazionale e la radiografia ad alta velocità sono utilizzate per tracciare l'evoluzione della struttura interna della batterie agli ioni di litio durante il runaway. Per ottenere una migliore comprensione di questo fenomeno, per la prima volta viene condotto uno studio sulla formazione di agglomerati all'interno delle batterie. Questo lavoro presenta una pipeline per la segmentazione e l'analisi di agglomerati presenti in dati di tomografia ad alta velocità, basata su una combinazione di tecniche di elaborazione delle immagini quali thresholding, operazioni morfologiche e analisi dei componenti connessi. I risultati della segmentazione sono presentati e discussi, confrontando diversi metodi di avvio del guasto e modelli differenti di batteria. I risultati di questo lavoro potrebbero fornire una base preziosa per ricerche future in questo campo.
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