Testen van elektrodecoatings
Tijdens de levensduur van lithium-ion batterijen voor elektromobiliteit zijn de hechtingssterkte tussen de actieve materiaalcoatings en de elektroden (Al of Cu film), de hardheid/stijfheid/samendrukbaarheid van de actieve materiaalcoating en de wrijvingscoëfficiënten tussen cellagen zeer belangrijk.
Testvereisten
- Naast de mechanische eigenschappen is de hechting van de enkel- of dubbelzijdige coatings op de arrestorfilm van bijzonder belang, aangezien deze verbinding invloed heeft op de interne geleiding van de batterij. De hechtingssterkte verandert ook met de leeftijd van de batterij. Daarom moet de verbinding gegarandeerd blijven op lange termijn.
- De mechanische hechting tussen het actieve materiaal en het substraat kan op verschillende manieren bepaald worden: De makkelijkste en daarom meest gebruikte methode is een afpeltest onder een hoek van 90° of 180°. Voor beide varianten wordt de gecoate film aangebracht op een drager (substraat) en vervolgens afgepeld door te testmachine onder een bepaalde afpelhoek. De methoden zijn niet genormeerd en dus zeer moeilijk te vergelijken. De belangrijke kwalitatieve beoordeling van het type breuk (cohesie- of adhesiefout) is slechts beperkt mogelijk op deze manier. Verder is ook een grote hoeveelheid materiaal nodig en vergt de samplevoorbereiding veel tijd.
- Een betrouwbaardere manier voor het testen van de hechting is de trektest in Z-richting. De testmachine voert de test automatisch uit met de vastgelegde parameters. Vijf samples worden simultaan voorbereid in een opstelling. De contactdruk en duur zijn identiek voor elk sample. Vervolgens wordt elk sample afzonderlijk losgetrokken in Z-richting en wordt een duidelijke maximale hechtingssterkte bepaald. De samplevoorbereiding is bijzonder efficiënt en uiterst herhaalbaar. Bovendien kunnen de cohesieve en adhesieve componenten van de breuk bepaald worden.
Testvereisten
- Het coatingproces van de elektroden vormt een grote uitdaging bij de productie van batterijen. Voor een veilig gebruik van de batterij moeten een uitstekende mechanische stabiliteit en voorspelbaar verouderingsgedrag van het actieve materiaal verzekerd worden. Belangrijke tests zijn de bepaling van de mechanische eigenschappen zoals de hardheid en de stijfheid van de coating.
- Met behulp van deze parameters kan het coatingproces geoptimaliseerd worden en wordt de invloed van de verschillende chemische componenten in het ontwikkelings- en productieproces zichtbaar.
- De bruikbare breedte van de coating op het dragermateriaal moet zo groot en homogeen mogelijk zijn om de efficiëntie te vergroten. Met geïnstrumenteerde hardheidsmeetmethoden kunnen productgerelateerde kwaliteitsvariaties aan de rand van de coating gedetecteerd en gereduceerd worden.
ZwickRoell testoplossing
- De ZHN universele nanomechanische tester meet uiterst nauwkeurige hardheden en elasticiteitsmoduli van materialen en coatings. Met behulp van de verschillende indruklichamen kunnen verschillende eigenschappen van de coating bepaald worden. Dankzij de mapping functie kunnen afwijkende mechanische eigenschappen van het oppervlak, bv. de randzone van de coating, gemeten worden.
- Met de ZHU geïnstrumenteerde hardheidsmeetkop kunnen de mechanische eigenschappen van coatings snel en makkelijk bepaald worden. De ZHU laat zich eenvoudig en flexibel installeren in een materiaaltestmachine, en levert uiterst nauwkeurige meetresultaten dankzij de geïntegreerde krachtcel en het digitale verplaatsingsmeetsysteem.
Testvereisten
Het actieve materiaal van de elektroden is een 50 - 100 µm dikke coating die sterk variërende mechanische eigenschappen kan hebben afhankelijk van de chemische samenstelling en het gebruikte productieproces. Door het bepalen van de buigsterkte met een 2-punts buigtestkit kan de maximaal toelaatbare buighoek gemeten worden waarbij de coating intact blijft en het contact tussen de arrestorfilm en het actieve materiaal blijft bestaan. Dit is belangrijk voor het bepalen van de optimale instelling van de productieparameters zoals doorvoersnelheid, rolhoeken en voorlasten.
Testvereisten
De bepaling van de dynamische en statische wrijvingscoëfficiënten zorgt voor een beter begrip van het gedrag van twee elkaar rakende lagen in het droge productieproces. De wrijving tussen de film en de transportrollen kan ook op deze manier bepaald worden om zeker te stellen dat de ingestelde roldruk, voorlast en rolsnelheid geen negatief effect hebben op de films en hun oppervlakken.
