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Pr├╝fl├Âsungen f├╝r Lithium-Ionen Batteriezellen, Batteriemodule und Batteriepacks

Eine Lithium-Ionen Batteriezelle besteht aus unterschiedlichen Komponenten und Werkstoffen, die in den unterschiedlichen Funktionen einer Vielzahl von Belastungen ausgesetzt sind. Dabei kommen verschiedene Werkstoffe zum Einsatz. In der Produktion werden Materialien in den unterschiedlichen Fertigungsschritten mechanisch belastet und m├╝ssen auf solche Belastungen abgestimmt sein. Im Batteriebetrieb sind die verwendeten Werkstoffe elektrochemischen, thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. ZwickRoell bietet Pr├╝fl├Âsungen f├╝r jede Anforderung.

Pr├╝fanforderung

  • Eine Lithium-Ionen Batteriezelle besteht aus unterschiedlichen Komponenten und Werkstoffen, die in den unterschiedlichen Funktionen einer Vielzahl von Belastungen ausgesetzt sind.
  • Verschiedene Werkstoffe kommen zum Einsatz: unter anderem Elektrodenmaterial aus Aluminium- und Kupferfolie, Polymer-Separatoren (PE oder PP), Graphit- oder Titanat-Elektrodenbeschichtungen, Lithium-Metall-Oxid Beschichtungen, Geh├Ąuse auf Aluminiumbasis (Feste Geh├Ąuse oder laminierte Folien), etc.
  • In der Produktion werden Materialien in den unterschiedlichen Fertigungsschritten mechanisch belastet und m├╝ssen auf solche Belastungen abgestimmt sein. Im Batteriebetrieb sind die verwendeten Werkstoffe elektrochemischen, thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt.
  • So m├╝ssen z.B. Zugspannungen, Knickfestigkeit, Rissfestigkeit, Scherkr├Ąfte, Siegelnahtfestigkeit, Haftfestigkeit, Durchsto├čfestigkeit, Elastizit├Ąt, Temperaturspannung oder Druckfestigkeit ermittelt werden. Zus├Ątzlich m├╝ssen einige Komponenten noch Funktionspr├╝fungen bestehen wie z.B. Scherkr├Ąfte an Terminals oder Durchsto├čfestigkeiten von Sicherheitsventilen von prismatischen Zellen oder einfache ├ťberpr├╝fung der Festigkeit der  Schwei├čn├Ąhte von Ableitern.  Zudem muss eine Lithium-Ionen Zelle auch in ihrem Leistungszyklus verstanden werden und dabei spielt das Erfassen der mechanischen Zellverformung durch Aufbl├Ąhen (Swelling) beim Ladevorgang eine wichtige Rolle f├╝r die Auslegung des Batteriezellen-Umfeldes. Weitere Herausforderungen sind: Temperaturbest├Ąndigkeit ├╝ber einen breiten Temperaturbereich (-40 bis +120┬░C), Widerstand gegen Vibrationen, zyklische Belastungen sowie Alterungsprozessen durch elektrochemische Einfl├╝sse.

ZwickRoell Pr├╝fl├Âsung

  • Pr├╝fungen werden je nach Anforderung mit universellen Pr├╝fmaschinen im Kraftbereich von 1 bis 10 kN durchgef├╝hrt.
  • Wichtige Materialkennwerte, vor allem in der Zugpr├╝fung, k├Ânnen durch leichte Ausrichtbarkeit und adaptierte pneumatische Probenhalter wiederholbar ermitteln werden. So k├Ânnen auch sehr d├╝nne metallische und Kunststoff-Folien (<50┬Ám) ohne Quetschen oder Knicken sicher gehalten werden.
  • F├╝r die Messung hochgenauer Werkstoffeigenschaften, die vor allem in der Simulation verwendet werden kommen vor allem sehr genaue Kraft- und Verformungssensoren zum Einsatz. Speziell f├╝r sehr d├╝nne Elektrodenfolien ist es bei der Ermittlung von Dehnungswerten wichtig, dass keine Beeinflussung des Pr├╝flings durch ber├╝hrende L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer erfolgt. Hierf├╝r eignen sich ber├╝hrungslose video- oder laserbasierte L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer der Reihe videoXtens oder laserXtens ideal.
  • Thermische Einfl├╝sse k├Ânnen mit einer Temperierkammer in einem gro├čen Temperaturbetreich von -80┬░C bis +250┬░C frei simuliert werden.
Name Typ Gr├Â├če Download
  • Branchenbrosch├╝re: Automotive PDF 4 MB

Elektrodenfolien

Die Pr├╝fung von Elektrodenfolien f├╝r Lithium-Ionen-Batterien erfolgt im Zugversuch oder im Durchsto├čversuch.
zu Elektrodenfolien

Elektrodenbeschichtungen

Ermittlung der Haftfestigkeit zwischen Aktivmaterial-Beschichtungen und Elektroden (Al- oder Cu-Folie), der H├Ąrte/Steifigkeit/Kompressibilit├Ąt der Aktivmaterial-Beschichtung, der Biegefestigkeit der Aktivmaterial-Beschichtung und des des Reibungskoeffizienten zwischen Zelllagen.
zu Elektrodenbeschichtungen

Separatoren

Die Pr├╝fung von Polymerseparatoren f├╝r Lithium-Ionen-Batterien erfolgt im Zugversuch oder im Durchsto├čversuch.
zu Separatoren

Festk├Ârperbatterien

Mechanische Eigenschaften von Festk├Ârperbatterien, z.B. Lithium Metall-Anode
zu Festk├Ârperbatterien
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