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Soluciones para el ensayo de celdas de baterías de iones de litio, módulos de baterías y paquetes de baterías

Una celda de una batería de iones de litio está formada por diferentes componentes y materiales, sometidos a numerosas cargas en sus diferentes funciones. Para su fabricación, se emplean diferentes materiales. En la producción, los materiales se someten a cargas mecánicas en las distintas fases de fabricación y deben adaptarse a dichas cargas variables. En funcionamiento con batería, los materiales utilizados están expuestos a cargas electroquímicas, térmicas y mecánicas. ZwickRoell ofrece soluciones para ensayos con diferentes requisitos.

Requisito de ensayo

  • Una celda de una batería de iones de litio está formada por diferentes componentes y materiales, sometidos a numerosas cargas en sus diferentes funciones.
  • Para su fabricación, se emplean diferentes materiales. Entre ellos, material de electrodo de lámina de aluminio y cobre, separadores de polímeros (PE o PP), recubrimientos de electrodos de grafito o titanato, recubrimientos de óxido de metal litio, carcasas a base de aluminio (carcasa sólida o laminadas), etc.
  • En la producción, los materiales se someten a cargas mecánicas en las distintas fases de fabricación y deben adaptarse a dichas cargas variables. En funcionamiento con batería, los materiales utilizados están expuestos a cargas electroquímicas, térmicas y mecánicas.
  • Por ejemplo, se deben determinar las tensiones de tracción, la resistencia al doblado, la resistencia a la formación de grietas, la resistencia de la unión termosellada, la adherencia, la resistencia a la perforación, la elasticidad, el esfuerzo térmico o la resistencia a la compresión. Además, algunos componentes todavía tienen que pasar ensayos funcionales, como el de fuerzas de cizallamiento en terminales o el de resistencia a la perforación de válvulas de seguridad de celdas prismáticas o simple la verificación de la resistencia de las soldaduras de conductores. También debe tenerse en cuenta el ciclo de rendimiento de una celda de iones de litio y, para ello, la determinación de la deformación mecánica de la celda, provocada por el hinchado «swelling» durante el proceso de carga, desempeña un papel importante en el diseño del entorno de la celda de la batería. Otros desafíos a los que se enfrentan son: Resistencia a la temperatura en un amplio rango (-40 a + 120 °C), resistencia a vibraciones, cargas cíclicas y procesos de envejecimiento por las influencias electroquímicas.

Solución ZwickRoell para el ensayo

  • Los ensayos se llevan a cabo con máquinas de ensayos universales en el rango de fuerza de 1 a 10 kN, según los requisitos.
  • Los valores característicos del material, especialmente en el ensayo de tracción, se pueden determinar de forma reproducible, gracias a la fácil alineación y las mordazas neumáticas adaptadas a las probetas. De esta manera, incluso las láminas metálicas y plásticas más finas (<50 µm) se pueden sujetar de forma segura sin aplastarse ni doblarse.
  • Para la medición de propiedades de materiales de precisión, que se utilizan principalmente en simulación, se utilizan sensores de fuerza y deformación de alta precisión. Para la determinación de los valores de deformación en láminas de electrodos muy finas, es muy importante que los extensómetros longitudinales de contacto no influyan en la probeta. Los extensómetros sin contacto basados en sistemas de vídeo o láser de las series videoXtens o laserXtens son ideales para ello.
  • Se puede llevar a cabo una simulación libre de las influencias térmicas con una cámara de temperatura en un amplio rango de -80 °C a + 250 °C.
Láminas de electrodos
Los ensayos en láminas de electrodos para baterías de iones de litio se realizan en el ensayo de tracción y en el ensayo de perforación.
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Recubrimientos de electrodos
Determinación de la adherencia entre recubrimientos de material activo y electrodos (lámina de Al o Cu), la dureza/rigidez/compresibilidad del recubrimiento de material activo, la resistencia a la flexión del recubrimiento de material activo y del coeficiente de fricción entre capas de las celdas
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Separadores
Los ensayos en separadores de polímero baterías de iones de litio se realizan en el ensayo de tracción y en el ensayo de perforación.
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Baterías de estado sólido
Propiedades mecánicas de baterías de estado sólido, p. ej. ánodo de metal de litio
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