Ga naar de inhoud van de pagina

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.

Bepaling van de hechtingssterkte tussen actieve materiaalcoatings en elektroden (Al of Cu film)

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.

Video

Bepaling van de hechtingssterkte met de Z-richting trektestopstelling

ZwickRoell testoplossing

  • Testmachine met speciale werktuig voor het lostrekken van vijf samples in één opstelling. Deze Z-richting trektest wordt gebruikt voor het bepalen van de hechtingssterkte en het breuktype.
  • Standaard testopstellingen voor 90° of 180° peeltests

Bepaling van de hardheid/stijfheid/samendrukbaarheid van de actieve materiaalcoating

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.

Bepaling van de buigsterkte van de actieve materiaalcoating

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.

ZwickRoell testoplossing

ZwickiLine met 2-punts buigtestkit en geïntegreerde krachtcel met hoge resolutie

Bepaling van de wrijvingscoëfficiënt tussen cellagen

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.

ZwickRoell testoplossing

ZwickiLine met 2-punts buigtestkit en geïntegreerde krachtcel met hoge resolutie

Bijkomende informatie

An Overview of Efficient Testing Tools for the Mechanical Characterization of Lithium-ion Cell Materials

Mechanical testing is becoming increasingly important ass requirements to increase battery performance grow. We will present a variety of test fixtures for the determination of mechanical properties of lithium-ion battery cell materials.
naar An Overview of Efficient Testing Tools for the Mechanical Characterization of Lithium-ion Cell Materials

Nano-Elasticity Measurements of Electrode Coatings of Lithium-ion Batteries

The ZR nanoindentation hardness tester ZHN is a universal instrument used to measure hardness and scratch properties of coatings and thin layers. You will learn about the wide application range of the ZHN and its powerful features to determine reliable test results using the example of a coated electrode of lithium-ion battery cells.
naar Nano-Elasticity Measurements of Electrode Coatings of Lithium-ion Batteries

Universal Test System for Mechanical Characterization of Lithium-ion Battery Cell Materials and Components

The testing of lithium-ion cells, modules and packs requires a large number of different tools and fixtures and a load frame that can be adapted to changing testing requirements. We will present the Z010 AllroundLine - a highly modular and expandable test system that supports customers in R&D and production to obtain reliable test results.
naar Universal Test System for Mechanical Characterization of Lithium-ion Battery Cell Materials and Components

A Comparison of Tools for the Determination of Coating Adhesion on Lithium-ion Electrodes

An important test for the determination of active material performance and reliability is the determination of adhesion between active material and electrode. We will discuss the advantages and disadvantages of two typical test fixtures: the 90° peel test and the Z-direction test.
naar A Comparison of Tools for the Determination of Coating Adhesion on Lithium-ion Electrodes
Top