Ensayo de recubrimientos de electrodos
A lo largo de la vida útil de las baterías de iones de litio para aplicaciones de movilidad eléctrica, la adherencia entre los recubrimientos de material activo y los electrodos (lámina de Al o Cu), la dureza/rigidez/compresibilidad y la resistencia a la flexión del recubrimiento de material activo, además del coeficiente de fricción entre las capas de la celda, son de extrema importancia.
Adherencia entre los recubrimientos de material activo y electrodos Vídeo Dureza/rigidez/compresibilidad del recubrimiento de material activo Resistencia a la flexión del recubrimiento de material activo Coeficiente de fricción entre las capas de la celda
Requisito de ensayo
- Además de los valores característicos mecánicos, la adherencia de los recubrimientos de una o dos caras en la lámina conductora es de gran importancia, ya que esta conexión es imprescindible para la conductividad interna de la batería. La adherencia va cambiando con la edad de la batería, por ello debe garantizarse la conexión permanente.
- La adherencia mecánica entre el material activo y el sustrato se puede determinar mediante diferentes métodos: El más común y simple es el ensayo de pelado a tracción con un ángulo de pelado de 90° o 180°. En ambas variantes, la lámina de recubrimiento se aplica sobre un material de soporte y, a continuación, es retirada por la máquina de ensayos en el ángulo de pelado especificado. Los procedimientos no están estandarizados y, por lo tanto, son muy difíciles de comparar. La evaluación relevante del tipo de falla en términos de calidad (falla cohesiva o adhesiva) con este método solo es posible de forma limitada. Otros inconvenientes de estos ensayos son el alto consumo de material y la compleja preparación de probetas.
- Se puede determinar la fuerza adhesiva con mayor fiabilidad con el uso de un dispositivo para el ensayo de adherencia por tracción "Z direction". En este caso, se preparan 5 probetas a la vez mediante un dispositivo para probetas. Además, la máquina de ensayos efectúa automáticamente una presión de apriete y tiempo de apriete idénticos según los parámetros definidos. A continuación, se tira de una probeta en dirección Z y se determina un valor máximo de resistencia a la adhesión. Además de una preparación de probetas muy eficiente y una elevada repetibilidad, este método también permite una determinación clara de la proporción de cohesión y adhesión de la imagen de rotura.
Solución ZwickRoell para el ensayo
- Máquina de ensayo con dispositivo especial para el pelado de cinco probetas definidas en un solo dispositivo de sujeción. Este pelado Z se utiliza para determinar la fuerza de adhesión, así como para evaluar el tipo de fallo.
- Dispositivos de ensayo estándar para ensayos de pelado a 90° o 180°
Requisito de ensayo
- El proceso de recubrimiento de electrodos es un desafío importante en la producción de baterías. Para un funcionamiento seguro de la batería, debe garantizarse una estabilidad mecánica excelente y un comportamiento previsible del material activo ante el envejecimiento. Ante estos requisitos, un ensayo importante es la determinación de las propiedades mecánicas como la dureza y la rigidez del recubrimiento.
- El conocimiento de estos valores característicos permite optimizar los procesos de recubrimiento y muestra los efectos de diferentes componentes químicos durante el proceso de desarrollo y producción.
- Para aumentar la eficiencia, también es necesario que el ancho útil del revestimiento sobre el material portante sea lo más grande y homogéneo posible. Con la aplicación de métodos de dureza de indentación instrumentados, se pueden detectar y reducir las variaciones de calidad relacionadas con la producción en los márgenes del recubrimiento.
Solución ZwickRoell para el ensayo
- El durómetro nanomecánico universal ZHN determina con la máxima precisión los valores de dureza y módulos de elasticidad de materiales y revestimientos. Dispone de diferentes penetradores que se adaptan a las respectivas características del revestimiento. Con la función de mapping, se pueden determinar las propiedades mecánicas distintas, por ejemplo, en el área del borde del revestimiento.
- El cabezal de medición de dureza instrumentado ZHU permite ensayar las propiedades mecánicas de los recubrimientos de forma rápida y sencilla. El ZHU se puede instalar de forma flexible y rápida en una máquina de ensayos de materiales y, gracias a su célula de carga integrada y su sistema de medición digital del desplazamiento, proporciona unos resultados de medición de alta precisión.
Requisito de ensayo
El material activo de electrodos forma un recubrimiento de 50 - 100 µm de espesor que, según la composición química y del proceso de producción seleccionado, puede tener propiedades mecánicas muy diferentes. Conocerlas es importante para definir los ajustes óptimos de los parámetros de producción, como la velocidad de producción, el ángulo del rodillo y las fuerzas de pretensión. La determinación de la resistencia a la flexión mediante un dispositivo de flexión en 2 puntos también permite determinar el ángulo o radio de flexión máximo admisible, en el que el revestimiento permanece intacto y se mantiene el contacto entre la lámina conductora y el material activo.
Requisito de ensayo
La determinación de los coeficientes de fricción dinámicos y estáticos proporciona un conocimiento más exhaustivo sobre el comportamiento de dos capas de celdas en contacto, durante el proceso de producción en seco. Aunque la fricción entre la lámina y el rodillo de transporte también se puede determinar y se puede garantizar, de manera que las presiones de rodillo ajustadas, el pretensado o las velocidades de rodillo no afecten negativamente a las láminas ni sus superficies.
