Essais mécaniques des composants de la batterie


ESSAIS DE BATTERIES

Solutions d’essais pour les cellules, modules et packs de batteries au lithium-ion

Alors que le secteur automobile mondial tend vers l’électrification, les fabricants de batteries subissent une pression énorme les incitant à innover et à se développer plus rapidement que jamais. Les ingénieurs d’Instron travaillent en étroite collaboration avec les leaders du secteur en vue de satisfaire la demande croissante de batteries plus petites, plus légères et plus puissantes. Les défis actuels comprennent le développement de méthodes d’essais et de dispositifs de fixation adaptés aux applications d’essais des batteries, ainsi que l’amélioration du débit et de l’efficacité des laboratoires de contrôle de la qualité. En tant que leader mondial dans le secteur des essais de matériaux, Instron occupe une position unique pour satisfaire les besoins des laboratoires d’essais de batteries dans le monde entier, grâce à un service d’assistance local capable de réagir rapidement et dans la langue du pays, en fournissant une gamme complète de services, notamment l’installation, l’étalonnage, la formation, la mise à niveau des machines sur site et tout autre service nécessaire permettant de minimiser les temps d’arrêt.

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Batteries pour véhicules électriques

Essai de compression d’un composant de la batterie




ESSAIS DES MATÉRIAUX ET DES COMPOSANTS

Les batteries sont composées de divers matériaux, adhésifs, soudures et structures de composants nécessitant des essais approfondis. Outre notre large offre de pinces et de montages standard pour les essais de batteries, Instron a développé des montages personnalisés spécialement conçus pour améliorer l’efficacité et la répétabilité des essais de matériaux et de composants de batteries. Notre groupe de solutions d’ingénierie est en mesure d’offrir des délais d’exécution rapides pour la conception de fixations de batteries répondant à des besoins spécifiques.

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APPLICATIONS D’ESSAIS DES BATTERIES






ESSAIS DU FILM SÉPARATEUR

Les films séparateurs jouent un rôle essentiel dans les batteries lithium-ion ainsi que dans d’autres batteries à électrolyte liquide. Les polymères utilisés pour ces films doivent être suffisamment résistants pour supporter l’opération d’enroulement lors de l’assemblage ainsi que le placage de lithium sur l’anode de manière irrégulière en raison d’une utilisation intensive. Un matériau séparateur plus sûr et plus résistant empêche plus efficacement le contact entre l’anode et la cathode, tandis qu’un matériau plus fin permet de réduire le poids de chaque batterie et d’améliorer la densité énergétique.


Essai de perforation du film séparateur

Essais de perforation

Les essais de perforation (EN 14477) du film séparateur est essentiel pour garantir la sécurité et la longévité de chaque cellule tout au long du cycle de vie d’une batterie. Le film doit être suffisamment solide pour résister aux perforations des dendrites qui se forment lors d’une utilisation intensive. La garantie d’une bonne tension de l’échantillon et l’alignement d’une sonde supérieure sont essentiels pour cette application.

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Essai de tension du film séparateur

Essais de tension

Les essais de tension sont utilisés pour s’assurer que le film séparateur peut résister à toutes les opérations mécaniques pendant la fabrication et la durée de vie de la batterie. Il est nécessaire de veiller à ce que l’alignement, l’insertion et la préhension des échantillons soient corrects pour obtenir une répétabilité et un rendement optimaux, ainsi que pour éviter d’endommager un échantillon avant les essais. Les essais sont similaires à ceux de la norme ASTM D882.

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Essai de coefficient de friction

Essais de coefficient de friction

Un enroulement serré crée des charges mécaniques entre le film séparateur et le revêtement de l’électrode, et il est important de comprendre quel est le coefficient de friction entre les deux surfaces. Une meilleure compréhension du coefficient de friction peut garantir que les processus d’enroulement appropriés se produisent en production.

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Essais de batterie avec le système d’essais de la tour de chute à impact

Essais de résistance à la perforation en cas d’impact

Le choix du matériau du film séparateur est essentiel pour l’intégrité de la batterie, étant donné que tout problème de performance mécanique peut augmenter le potentiel de court-circuit interne, ce qui peut conduire à un emballement thermique. Les essais de la résistance à la perforation lors d’un impact sont d’une importance essentielle pour sélectionner le matériau offrant les meilleures performances, avec pour objectif supplémentaire de réduire l’épaisseur et le poids.

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Essais automatisés de films fins

Essais automatisés

Les systèmes d’automatisation d’Instron introduisent un nouveau niveau de productivité pour les essais de batteries. Alors que les volumes de production de batteries continuent d’augmenter, le débit et l’efficacité sont essentiels pour satisfaire la demande. L’utilisation d’un système d’automatisation avec l’équipement recommandé pour chaque application peut libérer les opérateurs et optimiser le débit, tout en maintenant des résultats optimaux.

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ESSAIS D’ÉLECTRODES

L’un des modes de défaillance les plus courants dans les batteries est causé par la fissuration ou la délamination du revêtement de l’électrode par rapport au collecteur de courant. Cette fissuration ou délamination est généralement causée par la charge et décharge constante d’une batterie ainsi que par la charge mécanique en cours d’utilisation. Il est essentiel de comprendre la force d’adhérence et la longévité des électrodes et de s’assurer qu’une batterie ne tombera pas en panne avant la fin de son cycle de vie prévu.


Essai de décollement à 180 degrés

Essais de décollement à 180 degrés

Les essais de décollement à 180 ° constituent une méthode couramment utilisée pour déterminer la force d’adhérence des électrodes au collecteur de courant. Grâce à l’avantage mécanique de du réglage de décollement et à la facilité d’alignement, ces essais peuvent être réalisés à l’aide de pinces à faible force et de cellules de charge. Il est préférable d’envisager des pinces pneumatiques et l’utilisation d’un substrat métallique pour garantir un débit élevé et un décollement correct à 180 ° tout au long de chaque essai.


Essai de décollement à 90 degrés

Essais de décollement à 90 degrés

Comme les essais de décollement à 180 °, le décollement à 90 ° constitue la deuxième méthode la plus courante utilisée pour les essais d’adhérence des électrodes dans les batteries. Le décollement à 90 ° présente généralement des charges légèrement plus élevées que le décollement à 180 °, mais il est plus rapide à mettre en place dans la mesure où il permet d’éviter le recours à un substrat. En associant une pince pneumatique supérieure à un dispositif de décollement d’électrode approprié, le débit et la répétabilité peuvent être optimisés pour les forces de décollement nécessaires à ces essais.


Dispositif d’essais d’adhérence

Essais d’adhérence

Les essais d’adhérence ont été soutenus par les chercheurs en tant que moyen supplémentaire d’effectuer des essais d’adhérence des électrodes au collecteur de courant dans les batteries. Plutôt que de décoller lentement les électrodes du collecteur de courant, un essai d’adhérence se concentre sur la force d’adhérence de toute une zone prédéterminée d’électrodes. Une collecte de données très rapide associée au montage d’essai d’adhérence d’Instron garantit les meilleurs résultats et rendements possibles.







ESSAIS DES FILMS

Les films d’aluminium et de cuivre sont utilisés comme collecteurs de courant dans les batteries, et sont traditionnellement nécessaires en grandes quantités. Alors que le secteur s’efforce d’utiliser des quantités minimales de matériaux pour obtenir une densité énergétique optimale de chaque batterie, il est essentiel de comprendre les propriétés mécaniques de chaque film afin de garantir la sécurité et la longévité de la batterie. Le film devenant plus long, plus fin et plus large, une technologie améliorée est nécessaire pour remédier au plissement et à la déchirure qui peuvent l’accompagner. La validation et le maintien des propriétés mécaniques de ce matériau sont essentiels pour optimiser la production de batteries.


Essai de tension du spécimen de film

Essais de tension

Un essai de tension standard constitue le moyen le plus approprié pour déterminer les propriétés mécaniques des spécimens de feuilles d’aluminium et de cuivre. Les pinces pneumatiques à action latérale offrent une pression constante avec un débit rapide pour ces matériaux de grand volume. Un alignement correct de l’échantillon est essentiel pour la répétabilité et la protection de l’échantillon avant les essais, car les feuilles minces peuvent être affectées par un désalignement mineur dans les pinces.


Essai de tension automatisé

Essais automatisés

Alors que les volumes de production de batteries continuent d’augmenter et que les matériaux deviennent plus fins, le débit et l’efficacité sont essentiels pour satisfaire la demande. L’utilisation d’un système d’automatisation avec l’équipement recommandé permet de satisfaire la demande de spécimens de film plus fins, plus larges et plus longs, de libérer les opérateurs et de maximiser le débit, tout en maintenant des résultats optimaux.







ESSAIS DE SOUDURE

Les batteries lithium-ion et autres batteries à électrolyte liquide nécessitent d’innombrables soudures entre les électrodes, les languettes, les boîtiers et les cellules. Il est essentiel de comprendre les modes de défaillance les plus courants et la résistance de chaque soudure pour déterminer la durée de vie d’une batterie. Chaque soudure doit résister à la charge mécanique que représente l’intérieur d’un véhicule ou d’un dispositif, ce qui peut user la soudure au fil du temps. Les véhicules électriques, par exemple, sont constamment en mouvement et vibrent, ce qui doit être pris en compte dans la conception et la qualité d’une soudure.


Essai de soudure entre une attache et un capuchon

Essais de soudure de cellules cylindriques

Les cellules cylindriques nécessitent plusieurs soudures lors de l’assemblage, notamment l’attache de la cathode au capuchon de la cellule, l’attache de l’anode à la base de la boîte, et même les soudures individuelles entre les attaches. Tous ces éléments nécessitent des solutions d’alignement et de préhension appropriées pour un débit élevé et des résultats réplicables.


Essai de soudure entre une barre omnibus et une barre d’accouplement

Essais de soudure de cellules prismatiques

La majorité des soudures dans les cellules prismatiques se trouvent entre les attaches de la cathode et de l’anode à chacun des collecteurs de courant, ainsi qu’à l’intérieur de la barre omnibus ou de la boîte elle-même. Les défaillances peuvent se produire à tous les endroits et il faut en vérifier la cohérence et la durabilité.


Platine de serrage manuel sur mesure pour les essais de tension de barres omnibus

Essais de soudure sur cellule de poche

Les cellules de poche ont des attaches d’anode ou de cathode soudées ensemble ainsi que des attaches soudées à la borne de la cellule. En outre, les cellules de poche ont une soudure de barre omnibus qui nécessite un essai. Il est important de prévoir un dispositif de fixation et un alignement des échantillons appropriés, ainsi qu’une solution polyvalente pour différentes tailles.







ESSAIS SUPPLÉMENTAIRES

Étant donné que de plus en plus de composants et de matériaux sont introduits dans le secteur des batteries, il existe d’innombrables autres caractéristiques nécessitant des essais de qualité, de résistance, de sécurité et de longévité pour chaque conception.


Essais de gonflement/Essai de compression des piles à combustible

Essais de gonflement

Le gonflement d’une batterie pendant la charge et la décharge constitue une caractéristique importante nécessitant un essai. Certaines cellules sont connues pour leur expansion et leur contraction minimales pendant le cycle. Toutefois, les cellules prismatiques et les cellules à poche sont connues pour présenter des dilatations et des contractions importantes, qui doivent être caractérisées pour garantir l’utilisation et la sécurité de chaque cellule.


Essais de compression des piles avec chambre de température

Essais de compression des piles

Les essais de compression en pile peuvent être utilisés pour reproduire au mieux les forces réelles et les abus mécaniques au cours de la vie d’une pile.







SYSTÈMES D’ESSAIS RECOMMANDÉS






Systèmes d’essais universels

Les systèmes d’essais universels peuvent être équipés d’une grande plage d’accessoires pour réaliser des essais de base sur la résistance et les propriétés statiques. Ils sont parfaits pour les essais monotones à faible vitesse (1 à 600 mm/min).
 

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Système d’essais d’impact vertical

Système d’essais d’impact

Les systèmes Drop Tower sont utilisés pour appliquer et mesurer une charge d’impact à une vitesse modérée à élevée (généralement une perforation ou une indentation ponctuelle). Les essais à coup unique sont contrôlés en termes de vitesse d’incidence et d’énergie (1 à 24 m/s et jusqu’à 1800J).

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Systèmes d’essais de fatigue

Systèmes d’essais de fatigue

Utilisées pour les essais nécessitant une capacité de force faible à modérée, ces machines sont capables de supporter des charges de fatigue et cycliques jusqu’à 100 Hz (mouvements transitoires à plus de 1 m/s ou accélération de 40 G), mais peuvent également être déployées pour des essais statiques.

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Système d’essais servohydraulique à haute cadence

Systèmes d’essais servohydraulique à haute cadence

Ces systèmes d’essais hautement spécialisés peuvent réaliser des essais à des vitesses allant jusqu’à 25 m/s avec une force élevée et sont couramment utilisés pour déterminer les propriétés des matériaux dans des conditions de collision. Ils peuvent également être utilisés dans le cadre d’essais de perforation et d’écrasement.

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Système d’essais HDT Vicat

HDT Vicat
Systèmes d’essais
 

Ces machines d’essais sont utilisés pour caractériser le comportement des matériaux plastiques à haute température, en mesurant la température de déviation thermique (HDT) de ramollissement Vicat.
 
 
 
 

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Systèmes d’essais automatisés

Automatisé
Systèmes d’essais
 

Les équipements d’essais sont de plus en plus automatisés, depuis les dispositifs de mesure automatique des échantillons jusqu’aux systèmes entièrement robotisés, ce qui aide les laboratoires du secteur des batteries à traiter plus efficacement des volumes croissants d’essais.
 
 

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