Ensaio de revestimentos de elétrodos
Para o ciclo de vida de baterias de lítio-íons para eletromobilidade, a aderência entre os revestimentos de material ativo e os elétrodos (filme de Al ou de Cu), a dureza/rigidez/compressibilidade e a resistência à flexão do revestimento de material ativo e o coeficiente de atrito conforme ISO 8295 entre as camadas de células são de grande importância.
Aderência de revestimentos de material ativo e elétrodos Vídeo Dureza/Rigidez/Compressibilidade do revestimento de material ativo Resistência à flexão do revestimento de material ativo Coeficientes de atrito entre camadas de células
Requisito de ensaio
- Além dos valores característicos mecânicos também é de grande importância a aderência dos revestimentos em um ou em dois lados do filme condutor uma vez que esta conexão é relevante para a condutibilidade interna da bateria. Também a aderência sofre modificações com o envelhecimento da bateria e, portanto, deve ser assegurado que a conexão seja permanentemente garantida .
- A aderência mecânica entre o material ativo e o substrato pode ser determinada de diferentes maneiras: O método mais comum, uma vez que é o método mais fácil, é o ensaio de tração de cisalhamento com um ângulo de cisalhamento de 90° ou de 180°. Nas duas variantes, o filme revestido é aplicado sobre o material-suporte e, em seguida, retirado pela máquina para ensaios no ângulo de cisalhamento indicado. Os métodos não são normalizados e, portanto, sua comparação se torna muito difícil. A importante avaliação qualitativa do tipo de falha (ruptura de coesão ou ruptura de aderência) é com esse método somente possível de forma limitada. Outras desvantagens desse ensaio são o alto consumo de material e a trabalhosa preparação das amostras.
- Uma determinação mais confiável da aderência é possível com o auxílio do dispositivo de tração de aderência direção “Z”. Aqui é feita a preparação simultânea de 5 amostras com o auxílio de um dispositivo de amostras. Ademais, a máquina para ensaios de materiais realiza de forma automatizada os parâmetros definidos pressão de aderência e –duração de aderência para cada uma das amostras de forma idêntica. Em seguida, cada uma das amostras é retirada em direção Z e um valor de aderência máximo claro é determinado. Este método permite além da preparação muito eficiente das amostras e a alta exatidão de repetibilidade também a nítida determinação das partes de coesão e de aderência do quadro de ruptura.
Requisito de ensaio
- Um grande desafio na produção de baterias é o processo de revestimento dos elétrodos. Para a operação segura da bateria deve ser assegurada uma excelente estabilidade mecânica e um comportamento de envelhecimento previsível do material ativo. Um ensaio importante nisso é a determinação das propriedades mecânicas como por ex. dureza do revestimento e rigidez do revestimento.
- O conhecimento dessas características permite a otimização de processos de revestimento e demonstra os efeitos de diferentes componentes químicos no processo de desenvolvimento e de produção.
- Além do mais, para aumentar a eficiência é necessário que a largura utilizável do revestimento sobre o material de suporte seja a maior e a mais homogênea possível. Por meio da utilização de métodos instrumentados de penetração de dureza é possível detectar e reduzir variações de qualidade nas regiões marginais do revestimento causadas na produção.
Solução de ensaio da ZwickRoell
- O testador ZHN nano-mecânico universal determina com alta exatidão os valores de dureza e módulos de elasticidade de materiais e revestimentos. Diferentes indentadores permitem a adaptação à respectiva característica de revestimento.
- O cabeçote de medição de dureza instrumentado ZHU permite a verificação fácil e rápida das propriedades mecânicas de revestimentos. O ZHU pode ser instalado de forma flexível e rápida em uma máquina para ensaios de materiais e fornece com sua célula de carga integrada e sistema digital de medição de curso resultados de medição de alta exatidão.
Requisito de ensaio
O material ativo dos elétrodos é um revestimento com 50 – 100µm em espessura que pode apresentar propriedades mecânicas fortemente diferentes dependendo da composição química e do processo de produção selecionado. Conhecê-las é importante para definir configurações otimizadas dos parâmetros de produção como por ex. velocidade de passagem, ângulo dos rolos e forças de pré-tensão. A determinação da resistência á flexão por meio de um dispositivo de flexão de 2 pontos possibilita, além do mais, a determinação do ângulo e/ou raio de flexão máximo admissível com o qual o revestimento permanece intacto e o contato entre filme condutor e material ativo é mantido.
Requisito de ensaio
A determinação dos coeficientes de atrito dinâmico e estático permite uma compreensão melhor do comportamento de duas camadas de células em contato uma com a outra no processo de produção a seco . Mas também o atrito entre o filme e o rolo de transporte pode ser determinado dessa forma e é possível assegurar que as pressões ajustadas dos rolos, as pré-tensões ou velocidades dos rolos não afetem negativamente os filmes e suas superfícies.
