Pruebas mecánicas de los componentes de la batería


PRUEBAS DE BATERÍA

Soluciones de prueba para células, módulos y paquetes de baterías de iones de litio

A medida que la industria automotriz mundial tiende hacia la electrificación, los fabricantes de baterías se encuentran bajo una enorme presión para innovar y crecer más rápido que nunca. Los ingenieros de Instron están trabajando en estrecha colaboración con los líderes de la industria para satisfacer la creciente demanda de baterías más pequeñas, ligeras y potentes. Los desafíos actuales incluyen el desarrollo de métodos de prueba y accesorios personalizados para aplicaciones de prueba de baterías, junto con mejoras de rendimiento y eficiencia para los laboratorios de control de calidad. Como líder mundial en la industria de pruebas de materiales, Instron está en una posición única para adaptarse a las necesidades de los laboratorios de pruebas de baterías en todo el mundo con soporte local que puede responder rápidamente y en el idioma local, brindando nuestro conjunto completo de servicios, que incluyen instalación, calibración, formación, actualizaciones de máquinas en el centro y cualquier necesidad de servicio que se necesite para minimizar el tiempo de inactividad.

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Baterías para vehículos eléctricos

Prueba de compresión del componente de la batería




PRUEBAS DE MATERIALES Y COMPONENTES

Las baterías se componen de una variedad de materiales, adhesivos, soldaduras y estructuras de componentes que requieren pruebas exhaustivas. Además de nuestra amplia oferta de mordazas y accesorios estándar para pruebas de baterías, Instron ha desarrollado accesorios personalizados diseñados específicamente para mejorar la eficiencia y la repetibilidad de las pruebas de materiales y componentes de baterías. Nuestro grupo de soluciones de ingeniería puede acordar entregas rápidas en diseños de accesorios de batería para satisfacer necesidades específicas.

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APLICACIONES DE PRUEBA DE BATERÍA






PRUEBA DE PELÍCULA SEPARADORA

Las películas separadoras son una parte fundamental de las baterías de iones de litio, así como de otras baterías de electrolito líquido. Los polímeros utilizados para estas películas deben ser lo suficientemente fuertes para soportar la operación de bobinado durante el montaje, así como el revestimiento de litio en el ánodo de manera desigual debido al uso extensivo. El material del separador, más seguro y resistente, evita de manera más efectiva el contacto entre el ánodo y el cátodo, mientras que el material más delgado ayuda a reducir el peso de cada batería y mejora la densidad de energía.


Prueba de punción de la película separadora

Pruebas de punción

La prueba de punción (EN 14477) de la película separadora es fundamental para garantizar la seguridad y la longevidad de cada célula a lo largo del ciclo de vida de una batería. La película debe ser lo suficientemente fuerte para resistir los pinchazos de las dendritas que se forman con el uso extensivo. Garantizar la tensión y la alineación adecuadas de la muestra de una sonda superior es fundamental para esta aplicación.

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Prueba tensil de la película separadora

Prueba tensil

La prueba tensil se utiliza para garantizar que la película separadora pueda soportar todas las operaciones mecánicas durante la fabricación y la vida útil de la batería. Es necesario garantizar la correcta alineación, inserción y operación de la mordaza de la muestra para obtener la mejor repetibilidad y rendimiento, así como para evitar posibles daños a la muestra antes de la prueba. La prueba es similar a la norma ASTM D882.

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Prueba de coeficiente de fricción

Pruebas de coeficiente de fricción

El bobinado apretado crea cargas mecánicas entre la película del separador y el revestimiento del electrodo, y es importante entender cuál es el coeficiente de fricción entre las dos superficies. Una mejor comprensión del coeficiente de fricción puede garantizar que se produzcan procesos de bobinado adecuados en la producción.

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Pruebas de batería con sistema de prueba de torre de caída de impacto

Pruebas de resistencia a punciones para eventos de impacto

La selección de materiales para la película separadora es esencial para la integridad de la batería, ya que cualquier problema de rendimiento mecánico puede aumentar el potencial de cortocircuitos internos, lo que puede provocar un desbordamiento térmico. Probar la resistencia a la punción en un evento de impacto es de vital importancia para seleccionar el material con el mejor rendimiento con el objetivo adicional de reducir el grosor y el peso.

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Pruebas automatizadas de película delgada

Pruebas automatizadas

Los sistemas de automatización de Instron introducen un nuevo nivel de productividad para las pruebas de baterías. A medida que los volúmenes de producción de baterías continúan aumentando, el rendimiento y la eficiencia son fundamentales para mantenerse al día con la demanda. El uso de un sistema de automatización con el equipo recomendado para cada aplicación puede liberar a los operadores y maximizar el rendimiento, al tiempo que mantiene resultados óptimos.

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PRUEBA DE ELECTRODOS

Uno de los modos de fallo más comunes en las baterías se produce cuando el revestimiento del material del electrodo se agrieta o se desprende del colector de corriente. Este agrietamiento o deslaminación generalmente es causado por la carga y descarga constante de una batería, así como por la carga mecánica cuando está en uso. Es fundamental comprender la fuerza de adhesión y la longevidad de los electrodos para garantizar que una batería no falle antes del final de su ciclo de vida previsto.


Prueba de pelado de 180 grados

Pruebas de pelado de 180 grados

La prueba de pelado de 180° es un método comúnmente utilizado para determinar la fuerza de adhesión de los electrodos al colector de corriente. Con la ventaja mecánica de la configuración de pelado y la facilidad de alineación, esta prueba se puede realizar utilizando células de carga y mordazas de baja fuerza. Es mejor considerar mordazas neumáticas y el uso de un sustrato de metal para garantizar un alto rendimiento y un pelado de 180° adecuado durante cada prueba.


Prueba de pelado de 90 grados

Pruebas de pelado de 90 grados

Similar a la prueba de pelado de 180°, el pelado de 90° es el otro método más común para probar la adhesión de electrodos en baterías. El pelado de 90° generalmente tiene cargas ligeramente más altas que el pelado de 180°, pero es más rápido de configurar ya que puede evitar la necesidad de un sustrato. Al emparejar una mordaza neumática superior con un dispositivo de pelado de electrodos adecuado, el rendimiento y la repetibilidad se pueden optimizar para las fuerzas de pelado necesarias de esta prueba.


Accesorio de prueba de pegajosidad

Pruebas de pegajosidad

Los investigadores han respaldado las pruebas de pegajosidad como una forma adicional de probar la adhesión de los electrodos al colector de corriente en las baterías. En lugar de pelar lentamente los electrodos del colector de corriente, una prueba de pegajosidad se enfoca en la fuerza de adhesión de un área predeterminada completa de electrodos. Una recopilación de velocidad de datos muy rápida junto con el accesorio de prueba de adherencia de Instron garantizan los mejores resultados y rendimiento posibles.







PRUEBAS DE LÁMINAS

Las láminas de aluminio y cobre se utilizan como colectores de corriente en las baterías y, tradicionalmente, se necesitan en grandes volúmenes. Dado que la industria se esfuerza por utilizar cantidades mínimas de material para lograr la densidad de energía óptima de cada batería, es fundamental comprender las propiedades mecánicas de cada lámina para garantizar la seguridad y la longevidad de la batería. A medida que la lámina se vuelve más larga, más delgada y más ancha, se requiere una tecnología mejorada para abordar las arrugas y los desgarros que pueden surgir con ella. Validar y mantener las propiedades mecánicas de este material es fundamental para optimizar la producción de baterías.


Prueba tensil de muestra de lámina

Prueba tensil

Una prueba de tracción o tensil estándar es la forma más adecuada de determinar las propiedades mecánicas de las muestras de láminas de aluminio y cobre. Las mordazas de acción lateral neumática ofrecen una presión constante con un rendimiento rápido para estos materiales de alto volumen, y la alineación adecuada de la muestra es fundamental para la repetibilidad y la protección de la muestra antes de la prueba, ya que las láminas delgadas pueden verse afectadas por una desalineación menor dentro de las mordazas.


Prueba tensil automatizada

Pruebas automatizadas

A medida que los volúmenes de producción de baterías continúan aumentando y el material se vuelve más delgado, el rendimiento y la eficiencia son fundamentales para mantenerse al día con la demanda. El uso de un sistema de automatización con el equipo recomendado puede mantenerse al día con la demanda de muestras de láminas más delgadas, más anchas y más largas, así como liberar a los operadores y maximizar el rendimiento, manteniendo unos resultados óptimos.







PRUEBAS DE SOLDADURA

Las baterías de iones de litio y otros electrolitos líquidos requieren innumerables soldaduras entre electrodos, pestañas, carcasas y células. Comprender los modos de fallo más comunes y la resistencia de cada soldadura es fundamental para determinar la vida útil de una batería. Cada soldadura debe resistir la carga mecánica que conlleva estar dentro de un vehículo o dispositivo, que puede desgastar la soldadura con el tiempo. Los vehículos eléctricos, por ejemplo, se mueven y vibran constantemente, y esto debe tenerse en cuenta en el diseño y la calidad de una soldadura.


Prueba de soldadura de pestaña a tapa

Pruebas de soldadura de células cilíndricas

Las células cilíndricas requieren varias soldaduras durante el montaje, incluida la pestaña del cátodo en la tapa de la célula, la pestaña del ánodo en la base de la lata e incluso la pestaña en las soldaduras individuales. Todo esto requiere soluciones adecuadas de alineación y agarre para un alto rendimiento y resultados repetibles.


Prueba de soldadura de Jelly Roll a barra colectora

Pruebas de soldadura de células prismáticas

La mayoría de las soldaduras en las células prismáticas se encuentran entre las pestañas de cátodo/ánodo de cada uno de los colectores de corriente, así como dentro de la barra colectora o la propia lata. Los fallos pueden originarse en todos los lugares y se debe verificar su consistencia y durabilidad.


Etapa de sujeción manual personalizada para pruebas de tracción de barras colectoras

Prueba de soldadura de células de bolsa

Las células de bolsa tienen pestañas de ánodo o cátodo soldadas entre sí, así como pestañas soldadas al terminal de la célula. Además, las células de bolsa tienen una soldadura de barra colectora que debe probarse. La alineación adecuada de la fijación y la muestra, junto con una solución versátil para diferentes tamaños, son importantes.







PRUEBAS ADICIONALES

A medida que se introducen más y más componentes y materiales en la industria de las baterías, existen innumerables otras características que deben probarse para determinar la calidad, la resistencia, la seguridad y la longevidad de cada diseño.


Pruebas de hinchamiento / pruebas de compresión de células de combustible

Pruebas de hinchamiento

El hinchamiento de una batería durante la carga y la descarga es una característica importante que se debe probar. Se sabe que algunas células tienen una expansión y contracción mínimas durante el ciclo. Sin embargo, se sabe que las células prismáticas y de bolsa exhiben una expansión y contracción significativas, que deben caracterizarse para garantizar el uso adecuado y la seguridad de cada célula.


Pruebas de compresión de pila con cámara de temperatura

Pruebas de compresión de pila

Las pruebas de compresión de pila se pueden utilizar para replicar mejor las fuerzas del mundo real y el abuso mecánico durante la vida útil de las baterías.







SISTEMAS DE PRUEBA RECOMENDADOS






Sistemas de pruebas universales

Los sistemas de prueba universales pueden equiparse con una amplia gama de accesorios para realizar pruebas fundamentales de resistencia y propiedades estáticas. Son ideales para pruebas monotónicas a baja velocidad (1 - 600 mm/min).
 

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Sistema de prueba de impacto vertical

Sistemas de prueba de impacto

Los sistemas de torre de caída se utilizan para aplicar y medir la carga de impacto a una velocidad moderada a alta (normalmente punción o indentación puntual). Las pruebas de un solo golpe se controlan en términos de velocidad y energía incidentes (1-24 m/s y hasta 1800 J).

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Sistemas de prueba de fatiga

Sistemas de prueba de fatiga

Usadas para pruebas que requieren una capacidad de fuerza de baja a moderada, estas máquinas son capaces de una fatiga y carga cíclica de hasta 100 Hz (movimientos transitorios a más de 1 m/s o aceleración de 40 G), pero también se pueden implementar para pruebas estáticas.

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Sistema de prueba servohidráulico de alta velocidad

Sistemas de prueba servohidráulicos de alta velocidad

Estos sistemas de prueba altamente especializados pueden probar a velocidades de hasta 25 m/s con mucha fuerza y se usan comúnmente para determinar las propiedades de los materiales en condiciones de choque. También se pueden utilizar para pruebas de punción y aplastamiento.

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Sistema de prueba HDT Vicat

HDT Vicat
SISTEMAS DE PRUEBA
 

Estas máquinas de prueba se utilizan para caracterizar el comportamiento de materiales plásticos a altas temperaturas, midiendo su temperatura de deflexión térmica (HDT) y temperatura de reblandecimiento Vicat.
 
 

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Sistemas de prueba automatizados

Automatizado
SISTEMAS DE PRUEBA
 

Los equipos de prueba se están automatizando cada vez más, desde dispositivos automáticos de medición de muestras hasta sistemas completamente robóticos, lo que ayuda a los laboratorios de la industria de las baterías a manejar volúmenes crecientes de pruebas de manera más eficiente.

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