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Soluzioni di test meccanici sui materiali per i componenti di celle di batterie agli ioni di litio, moduli di batterie e pacchi di batterie

Una cella di batteria agli ioni di litio è formata da vari componenti e materiali che sottoposti a diversi carichi in base alle loro funzioni. Durante la produzione, i materiali devono essere in grado di resistere ai carichi meccanici derivanti dalle diverse fasi di lavorazione. Durante l’uso invece le batterie sono sottoposte a carichi elettrochimici, termici e meccanici.

Prove su batterie Requisiti di prova Soluzioni di prova Brochure automotive

Prove di trazione su lamine sottili per batterie

Prove di trazione su lamine sottili per batterie, per esempio secondo DIN 50154 or ASTM E345

Requisiti di prova

Il materiale dell'elettrodo attivo forma un rivestimento spesso 50 - 100 µm che, a seconda della composizione chimica e del processo di produzione selezionato, può avere proprietà meccaniche molto diverse. La determinazione della resistenza alla flessione, utilizzando un kit di prova di flessione a 2 punti, consente anche di determinare l'angolo di flessione o il raggio massimo ammissibile in cui il rivestimento rimane intatto. Il contatto tra il film isolante e il materiale attivo viene preservato. Questo è importante per definire le impostazioni ottimali dei parametri di produzione come la velocità di lavorazione, gli angoli dei rulli e le forze di precarico.

Film di rivestimento per elettrodi
I film di rivestimento per elettrodi per batterie agli ioni di litio vengono testati con prove di trazione o punzonatura.
a Film di rivestimento per elettrodi
Rivestimenti dell’elettrodo
Determinazione della forza di adesione tra i rivestimenti di materiale attivo e gli elettrodi (pellicola di Al o Cu), la durezza/rigidità/compressibilità del rivestimento di materiale attivo, la resistenza alla flessione del rivestimento di materiale attivo e i coefficienti di attrito tra gli strati di cellule.
a Rivestimenti dell’elettrodo
Separatori
I separatori polimerici per batterie agli ioni di litio vengono sottoposti a prove di trazione o punzonatura.
a Separatori
Batterie allo stato solido
Proprietà meccaniche delle batterie allo stato solido
a Batterie allo stato solido

Requisiti di prova

  • Una cella di batteria agli ioni di litio è formata da vari componenti e materiali che sottoposti a diversi carichi in base alle loro funzioni.
  • Vengono usati diversi materiali come: materiali per elettrodi in film di alluminio e rame, separatori polimerici (PE / PP), rivestimenti dell’elettrodo in grafite o titanio,rivestimenti in ossido metallico di litio, involucri in alluminio (involucri solidi o fogli laminati), ecc.
  • Durante la produzione, i materiali devono essere in grado di resistere ai carichi meccanici derivanti dalle diverse fasi di lavorazione. Durante l’uso invece le batterie sono sottoposte a carichi elettrochimici, termici e meccanici.
  • Per tanto, è necessario determinare resistenza a trazione, resistenza a deformazione (buckling), resistenza alla cricca, resistenza al taglio, resistenza delle saldature, forza di adesione, resistenza alla punzonatura, elasticità, sollecitazioni dovute alla temperatura e resistenza alla compressione. Inoltre, alcuni componenti devono superare prove funzionali, come la resistenza allo strappo dei terminali di connessione, la resistenza alla pressione o alla perforazione delle valvole di sicurezza per le celle prismatiche, o la verifica della resistenza delle saldature o dei collettori di corrente. Anche il ciclo di prestazioni di una cella agli ioni di litio deve essere analizzato, e per questo, la determinazione della deformazione meccanica della cella causata dal rigonfiamento durante il processo di carica gioca un ruolo importante nella progettazione dell'ambiente della cella della batteria.La resistenza alla temperatura in un ampio intervallo (da -40 a + 120 °C), alle vibrazioni, il carico ciclico e i processi di invecchiamento dovuti alle influenze elettrochimiche sono ulteriori sfide interessanti che si affrontano in questo ambito.

Soluzioni di prova ZwickRoell

  • A seconda delle esigenze, le prove vengono eseguite con macchine di prova universali nella gamma di forza da 1 a 10 kN.
  • I valori caratteristici del materiale, specialmente nella prova di trazione, possono essere determinati in modo riproducibile, grazie al facile allineamento e alle morse pneumatiche adeguate ai campioni. Questo permette di bloccare in modo sicuro senza schiacciamenti o pieghe anche le lamine di metallo e plastica più sottili (<50 µm).
  • I sensori di forza e di deformazione ad alta precisione sono utilizzati per la misurazione accurata delle proprietà dei materiali, utilizzate principalmente nei processi di simulazione.
  • Le influenze termiche possono essere liberamente simulate con una camera climatica nell’intervallo di temperatura da -80 °C a +250 °C.
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