Mechanische Tests von Batteriekomponenten


BATTERIETESTS

Testlösungen für Lithium-Ionen-Batteriezellen, -Module und -Packungen

Da sich die Automobilindustrie weltweit in Richtung Elektrifizierung entwickelt, stehen die Batteriehersteller unter einem enormen Druck, innovativ zu sein und schneller als je zuvor zu wachsen. Die Ingenieure von Instron arbeiten eng mit führenden Unternehmen der Branche zusammen, um die wachsende Nachfrage nach kleineren, leichteren und leistungsfähigeren Batterien zu erfüllen. Zu den aktuellen Herausforderungen gehören die Entwicklung von Prüfmethoden und Vorrichtungen, die speziell auf Batterietestanwendungen zugeschnitten sind, sowie Durchsatz- und Effizienzverbesserungen für QC-Labors. Als weltweit führendes Unternehmen in der Materialprüfungsbranche ist Instron in der Lage, die Anforderungen von Batterielabors weltweit mit einem lokalen Support zu erfüllen; einem Support, der schnell und in der jeweiligen Landessprache reagieren kann und unser komplettes Serviceangebot, einschließlich Installation, Kalibrierung, Schulung, Maschinen-Upgrades vor Ort und aller erforderlichen Serviceleistungen, um Ausfallzeiten zu minimieren, zur Verfügung stellt.

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Batterien für Elektrofahrzeuge

Kompressionstest für Batteriekomponenten




MATERIAL- UND KOMPONENTENTESTS

Batterien bestehen aus einer Vielzahl an Materialien, Klebstoffen, Schweißnähten und Bauteilstrukturen, die gründlich getestet werden müssen. Zusätzlich zu unserem breiten Angebot an Standardspannzeugen und -vorrichtungen für Batterietests hat Instron kundenspezifische Vorrichtungen entwickelt, die speziell für die Verbesserung der Effizienz und Wiederholbarkeit der Testverfahren für Batteriematerialien und -komponenten ausgelegt sind. Unsere Engineered Solutions Group ist in der Lage, in kürzester Zeit Batteriespannzeuge für spezielle Anforderungen zu entwickeln.

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BATTERIETESTS - ANWENDUNGEN






TRENNFOLIENTESTS

Trennfolien sind ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien und anderen Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Die Polymere, die für diese Folien verwendet werden, müssen stark genug sein, um den Wickelvorgängen bei der Montage sowie der ungleichmäßigen Abscheidung von Lithium auf der Anode aufgrund einer intensiven Nutzung standzuhalten. Sichereres und stärkeres Separatormaterial verhindert effektiver den Kontakt zwischen Anode und Kathode, während dünneres Material dazu beiträgt, das Gewicht jeder Batterie zu reduzieren und die Energiedichte zu verbessern.


Durchstichtest für Trennfolie

Durchstichtests

Die Durchstichtests (EN 14477) der Separatorfolie sind von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit und Langlebigkeit jeder Zelle während des gesamten Lebenszyklus einer Batterie zu gewährleisten. Die Folie muss stark genug sein, um Durchstichen von Dendriten standzuhalten, die sich bei intensiver Nutzung bilden. Bei dieser Anwendung ist es wichtig, dass die Probe straff gespannt und die obere Sonde richtig ausgerichtet ist.

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Zugtest für Trennfolie

Zugtests

Mit Hilfe von Zugtests wird sichergestellt, dass die Trennfolie allen mechanischen Beanspruchungen bei der Herstellung und während der gesamten Lebensdauer der Batterie standhält. Um eine optimale Wiederholbarkeit und einen hohen Durchsatz zu gewährleisten sowie eine mögliche Beschädigung der Probe vor den Tests zu vermeiden, müssen die Proben richtig ausgerichtet, eingeführt und gegriffen werden. Die Tests ähneln der ASTM D882.

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Reibungskoeffizienttest

Reibungskoeffizienttests

Eine enge Wicklung führt zu mechanischen Belastungen zwischen der Trennfolie und der Elektrodenbeschichtung, und es ist wichtig, den Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Oberflächen zu kennen. Ein besseres Verständnis des Reibungskoeffizienten kann sicherstellen, dass in der Produktion ordnungsgemäße Wickelvorgänge stattfinden.

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Batterietests mit Fallturm-Prüfsystem

Tests der Durchstichfestigkeit bei Aufprallereignissen

Die Auswahl des Materials für die Trennfolie ist für die Unversehrtheit der Batterie von entscheidender Bedeutung, da jegliche Probleme mit der mechanischen Leistung das Potenzial für interne Kurzschlüsse erhöhen können, die zu einem thermischen Durchgehen führen können. Die Tests der Durchstichfestigkeit bei einem Aufprallereignis ist von entscheidender Bedeutung für die Auswahl des Materials mit der besten Leistung und dem zusätzlichen Ziel, die Dicke und das Gewicht zu reduzieren.

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Automatisierte Dünnschichttests

Automatisierte Tests

Automatisierungssysteme von Instron ermöglichen ein neues Produktivitätsniveau bei Batterietests. Da das Produktionsvolumen von Batterien weiter steigt, sind Durchsatz und Effizienz entscheidend, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Durch den Einsatz eines Automatisierungssystems mit den für die jeweilige Anwendung empfohlenen Geräten können Bediener entlastet und der Durchsatz maximiert und gleichzeitig optimale Ergebnisse erzielt werden.

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ELEKTRODENTESTS

Eine der häufigsten Fehlerarten bei Batterien ist, dass die Beschichtung des Elektrodenmaterials reißt oder sich vom Stromabnehmer ablöst. Diese Rissbildung oder Delaminierung wird in der Regel durch das ständige Auf- und Entladen eines Akkus sowie durch die mechanische Belastung während des Gebrauchs verursacht. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Haftfestigkeit und Langlebigkeit der Elektroden zu ermitteln, um sicherzustellen, dass eine Batterie nicht vor dem Ende ihres voraussichtlichen Lebenszyklus versagt.


180-Grad-Schältest

180-Grad-Schältests

Die 180°-Schältests sind eine gängige Methode zur Bestimmung der Haftfestigkeit von Elektroden am Stromabnehmer. Dank des mechanischen Vorteils der Schäleinrichtung und der einfachen Ausrichtung können diese Tests mit Spannzeugen und Kraftmessdosen mit geringer Kraft durchgeführt werden. Am besten ist es, pneumatische Greifer und ein Metallsubstrat zu verwenden, um einen hohen Durchsatz und eine korrekte 180°-Abschälung bei jedem Test zu gewährleisten.


90-Grad-Schältest

90-Grad-Schältests

Ähnlich wie die 180°-Schältests sind auch die 90°-Schältests eine andere gängige Methode zur Prüfung der Elektrodenhaftung in Batterien. Die 90°-Schälung hat im Allgemeinen eine etwas höhere Belastung als die 180°-Schälung, ist aber schneller einzurichten, da kein Substrat benötigt wird. Wenn ein oberes pneumatisches Spannzeug mit einer geeigneten Elektrodenabziehvorrichtung kombiniert wird, können Durchsatz und Wiederholbarkeit für die bei diesen Tests erforderlichen Abziehkräfte optimiert werden.


Klebetest-Vorrichtung

Klebetests

Klebetests werden von Forschern als zusätzliche Methode zur Prüfung der Haftung von Elektroden am Stromabnehmer in Batterien unterstützt. Anstatt die Elektroden langsam vom Stromabnehmer abzulösen, wird bei einem Klebetest die Haftfestigkeit eines gesamten vorbestimmten Bereichs von Elektroden geprüft. Eine sehr schnelle Datenerfassung gepaart mit der Instron-Klebetestvorrichtung gewährleistet bestmögliche Ergebnisse und einen hohen Durchsatz.







FOLIENTESTS

Aluminium- und Kupferfolien werden als Stromabnehmer in Batterien verwendet und werden traditionell in großen Mengen benötigt. Da die Industrie bestrebt ist, minimale Materialmengen zu verwenden, um eine optimale Energiedichte jeder Batterie zu erreichen, ist es entscheidend, die mechanischen Eigenschaften jeder Folie zu verstehen, um die Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie zu gewährleisten. Da Folien immer länger, dünner und breiter werden, ist eine verbesserte Technologie erforderlich, um die damit einhergehende Falten- und Rissbildung zu verhindern. Die Validierung und Aufrechterhaltung der mechanischen Eigenschaften dieses Materials ist entscheidend für die Optimierung der Batterieproduktion.


Zugtest für Folienproben

Zugtests

Ein Standard-Zugtest ist die geeignetste Methode zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Aluminium- und Kupferfolienproben. Pneumatische Spannzeuge mit seitlicher Betätigung bieten einen konstanten Druck mit schnellem Durchsatz für diese hochvolumigen Materialien, und eine korrekte Probenausrichtung ist für die Wiederholbarkeit und den Schutz der Probe vor den Tests entscheidend, da dünne Folien durch geringfügige Fehlausrichtungen innerhalb der Spannzeuge beeinträchtigt werden können.


Automatisierter Zugtest

Automatisierte Tests

Da die Produktionsmengen von Batterien weiter steigen und das Material immer dünner wird, sind Durchsatz und Effizienz entscheidend, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Durch den Einsatz eines Automatisierungssystems mit den empfohlenen Geräten kann die Nachfrage nach dünneren, breiteren und längeren Folienproben befriedigt, das Bedienpersonal entlastet und der Durchsatz maximiert werden, während gleichzeitig optimale Ergebnisse erzielt werden.







SCHWEISSNAHTTESTS

Lithium-Ionen- und andere Flüssigelektrolytbatterien erfordern unzählige Schweißnähte zwischen Elektroden, Laschen, Gehäusen und Zellen. Die Kenntnis der häufigsten Fehlerarten und der Stärke der einzelnen Schweißnähte ist entscheidend für die Lebensdauer einer Batterie. Jede Schweißnaht muss den mechanischen Belastungen, die im Inneren eines Fahrzeugs oder Geräts auftreten und die Schweißnaht mit der Zeit abnutzen können, standhalten. Elektrofahrzeuge zum Beispiel sind ständig in Bewegung und vibrieren, was bei der Konstruktion und der Qualität einer Schweißnaht berücksichtigt werden muss.


Prüfung der Lasche-Kappe-Schweißnaht

Prüfung von Schweißnähten in zylindrischen Zellen

Zylindrische Zellen erfordern beim Zusammenbau mehrere Schweißnähte, einschließlich der Kathodenlasche am Deckel der Zelle, der Anodenlasche am Boden der Dose und sogar der einzelnen Schweißnähte zwischen den Laschen. All dies erfordert geeignete Ausrichtungs- und Greiflösungen für einen hohen Durchsatz und wiederholbare Ergebnisse.


Prüfung der Schweißnaht zwischen Jelly-Roll und Sammelschiene

Prismazellen-Schweißnahttests

Die meisten Schweißnähte in Prismazellen befinden sich zwischen den Kathoden- und Anodenlaschen an den einzelnen Stromabnehmern sowie innerhalb der Stromschiene oder der Dose selbst. Fehler können an allen Stellen auftreten und müssen auf Konsistenz und Haltbarkeit geprüft werden.


Kundenspezifischer manueller Spanntisch für die Zugprüfung von Stromschienen

Beutelzellen-Schweißprüfung

Beutelzellen haben zusammengeschweißte Anoden- oder Kathodenlaschen sowie mit dem Zellenpol verschweißte Laschen. Außerdem müssen bei Beutelzellen die Stromschienen geschweißt werden, was ebenfalls getestet werden muss. Wichtig sind eine korrekte Ausrichtung der Spannvorrichtung und der Probe sowie eine vielseitige Lösung für unterschiedliche Größen.







ZUSÄTZLICHE TESTS

Da immer mehr Komponenten und Materialien in die Batterieindustrie eingeführt werden, gibt es unzählige weitere Elemente, die auf die Qualität, Stärke, Sicherheit und Langlebigkeit jedes Designs getestet werden müssen.


Schwelltests / Kompressionstests von Brennstoffzellen

Schwelltests

Das Anschwellen einer Batterie während des Ladens und Entladens ist eine wichtige Eigenschaft, die getestet werden muss. Von einigen Zellen ist bekannt, dass sie sich während des Zyklus nur minimal ausdehnen und zusammenziehen. Es ist jedoch bekannt, dass Prisma- und Beutelzellen eine erhebliche Ausdehnung und Kontraktion aufweisen, die charakterisiert werden muss, um die ordnungsgemäße Verwendung und Sicherheit jeder Zelle zu gewährleisten.


Stapelkompressionstests mit Temperaturkammer

Stapelkompressionstests

Mit Hilfe der Stapelkompressionstests lassen sich die realen Kräfte und mechanischen Beanspruchungen während der Lebensdauer einer Batterie am besten nachbilden.







EMPFOHLENE PRÜFSYSTEME






Universal-Prüfsysteme

Universal-Prüfsysteme können mit einer breiten Palette von Zubehörteilen ausgestattet werden, um grundlegende Tests der Festigkeit und der statischen Eigenschaften durchzuführen. Sie sind ideal für Gleichförmigkeit-Tests bei niedriger Geschwindigkeit (1 - 600 mm/min).
 

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Vertikales Aufprallprüfsystem

Aufprallprüfsysteme

Fallturmsysteme werden für die Anwendung und Messung von Aufprallbelastungen bei mäßiger bis hoher Geschwindigkeit verwendet (typischerweise Durchstich oder punktuelle Eindrückung). Einzelschlagversuche werden in Bezug auf die Aufprallgeschwindigkeit und -energie kontrolliert (1-24m/s und bis zu 1800J).

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Ermüdungsprüfsysteme

Ermüdungsprüfsysteme

Diese Maschinen werden für Tests verwendet, die eine geringe bis mittlere Kraftkapazität erfordern, und sind für Ermüdungs- und zyklische Belastungen mit bis zu 100 Hz (transiente Bewegungen mit über 1 m/s oder 40 G Beschleunigung) geeignet, können aber auch für statische Tests eingesetzt werden.

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Servohydraulisches Hochgeschwindigkeits-Prüfsystem

Servohydraulische Hochgeschwindigkeits-Prüfsysteme

Diese hochspezialisierten Prüfsysteme können mit Geschwindigkeiten von bis zu 25 m/s und hohen Kräften testen und werden üblicherweise zur Bestimmung der Eigenschaften von Materialien unter Aufprallbedingungen eingesetzt. Sie können auch für Durchstich- und Stauchtests verwendet werden.

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HDT-Vicat-Prüfsystem

HDT Vicat
Prüfsysteme
 

Mit diesen Maschinen wird das Verhalten von Kunststoffmaterialien bei hohen Temperaturen charakterisiert, indem die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) und die Vicat-Erweichungstemperatur gemessen werden.
 
 

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Automatisierte Prüfsysteme

Automatisierte
Prüfsysteme
 

Maschinen für Tests werden zunehmend automatisiert, von automatischen Probenmessgeräten bis hin zu vollständig robotergestützten Systemen, die den Labors in der gesamten Batterieindustrie helfen, das wachsende Testaufkommen effizienter zu bewältigen.
 

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