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电极涂层的粘合强度

不起眼的测量,却对电池的未来影响深远

无论是在电动车、智能手机,还是地下室的太阳能电池中,电池已成为日常生活里不可或缺的一部分。但要如何确保此类储能设备可靠、耐用且安全呢?电极涂层的粘合强度发挥着关键作用,但其重要性却往往被低估。

为什么粘合强度如此重要?

在目前主流的锂离子电池中,电极由活性材料构成,这些材料会应用在金属箔片上(阳极使用铜箔,阴极使用铝箔)。这些涂层必须具有持久且牢固的粘合力,因为电池充放电过程中会产生机械应力:材料会膨胀、收缩,并承受热应力。

如果粘合力不足,涂层可能脱落,导致功率损失、容量下降,在最严重的情况下甚至会发生短路。因此,粘合试验不仅有助于确保质量,还能预防潜在的安全风险。

如何测试粘合强度?

在实践中,已有两种试验方法被广泛采用:

1.剥离试验
将胶带粘贴在涂层表面,并以特定角度(通常为 90 度或 180 度)撕除。所需的剥离力可用来判断涂层的粘合强度。这种方法简单且快速,但也容易受到操作人员影响。

2.Z-方向拉伸试验
将胶带垂直于表面方向(即 Z 方向)撕除。这种方法具有更高的重复性,对角度的依赖较小,尤其适用于研究和质量控制。现代化设备甚至能同时测试多个试样。
两种方法各有优势,制造商通常会结合使用,以便更全面地评估粘合质量。

哪些因素会影响测试结果?

通常情况下,细节决定成败。即使是试样制备中的微小偏差,也可能导致结果不准确:

  • 清洁度与对中情况:存在残留物或粘贴不均会影响粘合力。
  • 胶带质量:厚度、成分或粘合力的差异都可能改变测试数值。
  • 环境条件:温度与湿度同样会产生影响。因此,试验应尽可能在恒定条件下进行,某些情况下甚至需要在保护性气氛中进行。

实际挑战

核心问题:目前针对电池的粘合试验仍缺乏统一的标准。虽然在胶黏剂产业等其他领域已有成熟的标准可供参考,但电池技术方面往往缺乏具有法律约束力的准则。不同制造商采用不同的测试方法,导致结果难以比较。

试样制备方面也仍存在优化空间。例如,自动化工具可实现对中流程标准化,有助于提升重复性,尤其适用于大批量生产。

新技术提出了新需求

随着电池技术的进步,对粘合力的需求也在提升:

  • 固态电池:它们不使用液态电解质,从而改变了电池内部的负载平衡。因此,电池层与层之间需要特别稳定的连接。
  • 硅阳极:在充电过程中,其体积可能膨胀高达 300%,这对任何涂层而言都是一场严苛的压力测试。若粘合力不足,将有分层风险,进而导致电池失效。

在开发阶段进行早期粘合力测试,有助于在问题发生前就加以识别和解决。

标准化与最佳实践之路

在尚未有全球统一标准的情况下,制造商需自行建立内部标准与清晰的流程,包括:

  • 统一的试样制备流程
  • 使用相同的粘合材料
  • 在稳定的环境条件下进行测试

同时,许多企业与试验设备制造商正携手合作,制定可靠的试验规范,这是从行业层面迈向结果可比性与质量保证的重要一步。

结论:小测试产生大影响

乍看之下,测量电极涂层的粘合强度可能只是一项不起眼的工作,但实际上对现代电池的安全性、效率与使用寿命有着深远的影响。

随着新型电池化学材料及其制造方法的使用率日益提高,这项测试变得更加重要。从 Z-方向拉伸试验到机械性能、热性能与电气性能综合测量,测试技术的进步正帮助人们更加全面地了解电极在实际条件下的表现。

结论非常明确:无论现在还是未来,掌控粘合力就等于掌控电池。

关于作者:

Aleksander Koprivc

汽车电气化业务发展经理

如果您有任何疑问

Aleksander Koprivc 在 ZwickRoell 任职已超过 20 年,并曾担任多种国际管理职位。他毕业于卡尔斯鲁厄,拥有机械工程学位,机电一体化工程学士学位 (B. Eng.) 以及国际管理硕士 (MBA ) 学位。他最初在德国和法国担任应用工程师,积累了许多专业经验。在 ZwickRoell,他曾负责法国与西班牙的销售管理工作,并担任两地子公司的总经理。目前,他是汽车电气化部门的业务发展经理。在此之前,他还曾担任多年汽车行业经理。

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