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Solutions d’essai pour cellules de batteries lithium-ion, modules de batteries et packs de batteries

Une cellule de batterie lithium-ion est constituée de différents composants et matériaux, exposés à de nombreux chargements.En production, les matériaux sont soumis à des charges mécaniques lors des différentes étapes de fabrication et doivent être adaptés à ces chargements.Pendant le fonctionnement des batteries, les matériaux utilisés sont exposés à des contraintes électrochimiques, thermiques et mécaniques.ZwickRoell offre des solutions d'essai adaptées à chaque demande.

Demande d'essai

  • Une cellule de batterie lithium-ion est constituée de différents composants et matériaux, exposés à de nombreux chargements.
  • Différents matériaux sont utilisés: parmi lesquels le matériau de l’électrode de feuilles composées d'aluminium et de cuivre, de séparateurs en polymère (PE ou PP), de graphite ou de revêtements d'électrodes à base de titane, revêtements à base d'oxyde métallique de lithium, boîtiers à base d'aluminium (boîtiers pleins ou feuilles laminées), etc.
  • En production, les matériaux sont soumis à des charges mécaniques lors des différentes étapes de fabrication et doivent être adaptés à ces chargements.Pendant le fonctionnement des batteries, les matériaux utilisés sont exposés à des contraintes électrochimiques, thermiques et mécaniques.
  • Des grandeurs, telles que les contraintes de traction, la résistance au flambage, la résistance aux fissures, les forces de cisaillement, la résistance à la déchirure des joints soudés, la force adhésive, la résistance à la perforation, l'élasticité, la contrainte de température ou la résistance à la compression devront par exemple être déterminées.Certains composants sont de plus soumis à des essais de fonctionnalités, tels que les forces de cisaillement sur les terminaux ou la résistance à la perforation des soupapes de sécurité des cellules prismatiques ou encore un simple test de résistance des soudures des parafoudres.Une cellule lithium-ion doit de plus être comprise dans son cycle de performance, et la détection de la déformation mécanique de la cellule provoquée par le gonflement (Swelling) pendant le processus de charge joue un rôle important dans la conception de l'environnement de la cellule de batterie.D’autres défis restent à relever:Résistance à la température sur une large plage de températures (-40 à +120°C), résistance aux vibrations, aux chargements cycliques et aux processus de vieillissement dus aux influences électrochimiques.

Solution d’essai ZwickRoell

  • Les essais sont réalisés selon demande avec des machines d’essai universelles dans la plage de force allant de 1 jusqu’à 10 kN.
  • Les principales caractéristiques des matériaux, dans l’essai de traction notamment, peuvent être déterminées de manière répétée grâce à un alignement aisé et à des mâchoires pneumatiques adaptées.
  • Pour la mesure de propriétés de matériaux haute précision, qui sont principalement utilisées en simulation, des capteurs de force et de déformation très précis sont principalement employés.Dans le cas de feuilles d’électrode très fines, notamment, la détermination des valeurs d’allongement par l’extensomètre avec contact ne doit pas influencer l’éprouvette.Les extensomètres vidéo ou laser sans contact des gammes videoXtens ou laserXtens sont idéalement adaptés pour ce faire.
  • Les influences thermiques peuvent grâce à une enceinte thermique être librement simulées dans des limites d’utilisation en température élargies allant de -80°C jusqu’à +250°C.

Feuilles d’électrodes

L’essai des feuilles d'électrodes pour batteries lithium-ion s’effectue dans l’essai de traction ou dans l’essai de perforation.
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Revêtements d’électrodes

Détermination de la force d'adhésion entre les revêtements de matériau actif et les électrodes (feuille d'aluminium ou de cuivre), de la dureté/rigidité/compressibilité du revêtement de matériau actif, de la résistance à la flexion du revêtement de matériau actif et du coefficient de friction entre les couches de cellules.
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Séparateurs

L’essai des séparateurs de polymères pour batteries lithium-ion s’effectue dans l’essai de traction ou dans l’essai de perforation.
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Batteries solides

Caractéristiques mécaniques des batteries solides, par exemple avec anode en lithium métallique
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