TEST DELLE BATTERIE
Mentre l’industria automobilistica globale procede verso l’elettrificazione, i produttori di batterie sono sottoposti a una fortissima pressione che chiede loro di innovare e crescere più rapidamente che in passato. Gli ingegneri di Instron stanno lavorando a stretto contatto con i leader di settore per soddisfare la crescente richiesta di batterie più piccole, leggere e potenti. Le sfide attuali comprendono lo sviluppo di metodi di test e attrezzature personalizzate per le applicazioni di test delle batterie, oltre a miglioramenti di produttività ed efficienza per i laboratori di controllo della qualità. In qualità di leader globale nel settore dei test dei materiali, Instron è perfettamente in grado di soddisfare le necessità dei laboratori di test delle batterie di tutto il mondo con un supporto locale che può rispondere rapidamente nella lingua locale, mettendo a disposizione la nostra completa suite di servizi, tra cui installazione, calibratura, formazione, aggiornamenti in loco delle macchine e qualsiasi servizio necessario per minimizzare i tempi di fermo.
Le batterie sono formate da una serie di materiali, adesivi, saldature e strutture di componenti che richiedono test approfonditi. Oltre alla nostra ampia offerta di prese e attrezzature standard per i test delle batterie, Instron ha sviluppato attrezzature personalizzate progettate specificamente per migliorare l’efficienza e la ripetibilità dei test dei materiali e dei componenti delle batterie. Il nostro Engineered Solutions Group può gestire rapide variazioni nella progettazione delle attrezzature delle batterie per adattarle a esigenze specifiche.
Per saperne di piùI film separatori sono una parte critica delle batterie agli ioni di litio e di altre batterie a elettrolita liquido. I polimeri utilizzati per questi film devono essere abbastanza resistenti da sopportare le operazioni di avvolgimento durante l’assemblaggio e l’accumulo irregolare di litio sull’anodo dovuto a un uso elevato. Un materiale separatore più sicuro e resistente previene più efficacemente il contatto tra anodo e catodo, mentre un materiale più sottile aiuta a ridurre il peso di ogni batteria e a migliorare la densità energetica.
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Il test di foratura (EN 14477) del film separatore è fondamentale per garantire la sicurezza e la longevità di ogni cella durante l’intero ciclo di vita di una batteria. Il film deve essere abbastanza resistente da sopportare le forature causate dai dendriti che si formano con un uso elevato. Per questa applicazione è fondamentale garantire una corretta tensione e un corretto allineamento dei campioni di una sonda superiore.
Per soddisfare gli standard EN 14477, ASTM F1306 e molti altri, sono disponibili dispositivi di punzonatura manuali e pneumatici. I dispositivi pneumatici garantiscono forze di camplaggio ripetibili e produttività più elevata. L'integrazione in sistemi esistenti è semplice quanto installare una morsa pneumatica.
Scopri Dispositivi di Punzonatura
Il test di trazione è utilizzato per garantire che il film separatore possa sopportare le operazioni meccaniche a cui la batteria è sottoposta durante la sua produzione e la sua vita. Per migliorare la ripetibilità e la produttività, oltre che per evitare possibili danni al campione prima del test, è necessario garantire la correttezza dell’allineamento, dell’inserimento e del funzionamento delle prese di un campione. Il test è simile ad ASTM D882.
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Un avvolgimento stretto crea dei carichi meccanici tra il film separatore e il rivestimento degli elettrodi, ed è importante per sapere quale sia il coefficiente di attrito tra le due superfici. Una migliore comprensione del coefficiente di attrito può garantire l’impiego delle corrette procedure di avvolgimento durante la produzione.
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La selezione del materiale usato per il film separatore è fondamentale per l’integrità delle batterie, poiché un eventuale problema di prestazioni meccaniche può aumentare la possibilità di cortocircuiti interni, i quali possono causare la perforazione per effetto termico. I test della resistenza alla foratura in caso di un evento di impatto è estremamente importante per selezionare il materiale con le migliori prestazioni con l’ulteriore obiettivo di ridurre spessore e peso.
Per saperne di piùI sistemi di automazione di Instron consentono di disporre di un nuovo livello di produttività per i test delle batterie. Con i volumi di produzione delle batterie che continuano ad aumentare, la produttività e l’efficienza sono fondamentali per mantenere il passo con la richiesta. Utilizzare un sistema di automazione con l’apparecchiatura consigliata per ogni applicazione può liberare gli operatori e massimizzare la produttività, garantendo al contempo risultati ottimali.
Una delle modalità di rottura più comuni nelle batterie è causata dalla fessurazione o dalla delaminazione del materiale di rivestimento degli elettrodi dal collettore di corrente. In genere questa fessurazione o delaminazione è causata dalla carica e dalla scarica costanti di una batteria, oltre che dal carico meccanico a cui essa è sottoposta durante l’uso. Per garantire che una batteria non si guasti prima della fine del ciclo di vita previsto, è fondamentale capire la forza di adesione e la longevità degli elettrodi.
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Il test di peel a 180° è un metodo comunemente impiegato per determinare la forza di adesione degli elettrodi al collettore di corrente. Con il vantaggio meccanico dell’impostazione del peel e la facilità di allineamento, questo test può essere eseguito utilizzando prese e celle di carico a bassa forza. Per garantire una produttività elevata e un peel a 180° corretto durante ciascun test, è meglio considerare le prese pneumatiche e l’utilizzo di un substrato metallico.
Simile al test di peel a 180°, il peel a 90° è l’altro metodo più comunemente utilizzato per testare l’adesione degli elettrodi nelle batterie. In genere il peel a 90° presenta carichi leggermente superiori al peel a 180°, tuttavia è più veloce da configurare poiché può non richiedere un substrato. Quando si abbina una presa pneumatica superiore con un’attrezzatura di peel degli elettrodi corretta, è possibile ottimizzare la produttività e la ripetibilità per le forze di peel necessarie per questo test.
I test di adesione sono stati adottati dai ricercatori come metodo aggiuntivo per testare l’adesione degli elettrodi al collettore di corrente nelle batterie. Invece di staccare lentamente gli elettrodi dal collettore di corrente, il test di adesione si concentra sulla forza di adesione di un’intera area predeterminata degli elettrodi. Una raccolta molto veloce della velocità di trasmissione dati abbinata alle apparecchiature per i test di adesione di Instron assicurano i migliori risultati e la massima produttività possibili.
Le lamine in alluminio e rame sono utilizzate nelle batterie come collettori di corrente e sono tradizionalmente necessarie in grandi volumi. Mentre l’industria si sforza di utilizzare il materiale minimo necessario per ottenere una densità di energia ottimale in ogni batteria, è fondamentale capire le proprietà meccaniche di ciascuna lamina per garantire la sicurezza e la longevità della batteria. Con lamine che diventano più lunghe, sottili e larghe, è necessaria una tecnologia migliore per contrastare il raggrinzimento e la lacerazione che possono derivarne. La convalida e il mantenimento delle proprietà meccaniche di questi materiali sono fondamentali per l’ottimizzazione della produzione delle batterie.
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Il modo più appropriato per stabilire le proprietà meccaniche dei campioni di lamine in alluminio e rame è un test di trazione standard. Le prese ad azione pneumatica laterale offrono una pressione costante con produttività rapida per questi materiali in grandi volumi, e il corretto allineamento dei campioni è fondamentale per la ripetibilità e la protezione dei campioni prima dei test, poiché le sottili lamine possono essere soggette a un minimo disallineamento all’interno delle prese.
Con i volumi di produzione delle batterie che continuano ad aumentare e i materiali che diventano sempre più sottili, la produttività e l’efficienza sono fondamentali per mantenere il passo con la richiesta. L’utilizzo di un sistema di automazione con le apparecchiature consigliate può consentire di rimanere al passo con la richiesta di campioni di lamine più sottili, larghe e lunghe, oltre a liberare gli operatori e massimizzare la produttività garantendo al contempo risultati ottimali.
Le batterie agli ioni di litio e ad altri elettroliti liquidi richiedono un elevato numero di saldature tra elettrodi, linguette, involucri e celle. Per stabilire la vita di una batteria, è fondamentale comprendere le modalità di rottura più comuni e la resistenza di ogni saldatura. Ogni saldatura deve sopportare i carichi meccanici causati dal posizionamento all’interno di un veicolo o un dispositivo; nel tempo questi carichi possono usurare le saldature. Ad esempio, i veicoli elettrici sono costantemente in movimento e sottoposti a continue vibrazioni, e ciò deve essere tenuto presente per la progettazione e la qualità di una saldatura.
Durante l’assemblaggio, le celle cilindriche richiedono svariate saldature, inclusa quella tra la linguetta del catodo e il tappo della cella, tra la linguetta dell’anodo e la base del contenitore e persino le singole saldature tra le linguette. Tutte queste operazioni richiedono un corretto allineamento e soluzioni di fissaggio in grado di garantire un’elevata produttività e risultati ripetibili.
La maggior parte delle saldature nelle celle prismatiche viene eseguita tra le linguette di catodo/anodo e il rispettivo collettore di corrente, oltre che all’interno della blindosbarra o nell’involucro stesso. I guasti possono verificarsi in qualsiasi punto e devono essere controllati per verificarne uniformità e durata.
Le celle a sacchetto hanno le linguette di anodo o catodo saldate insieme, oltre alle linguette saldate al terminale della cella. Inoltre, nelle celle a sacchetto è presente una saldatura della blindosbarra che deve essere testata. Sono anche importanti una corretta attrezzatura e l’esatto allineamento del campione, oltre a una soluzione versatile in grado di gestire dimensioni differenti.
Mentre nel settore delle batterie viene introdotto un numero sempre maggiore di componenti e materiali, vi sono moltissime altre caratteristiche di cui è necessario testare la qualità, la resistenza, la sicurezza e la longevità di ogni progetto.
Il rigonfiamento di una batteria durante la carica o la scarica è una caratteristica che è importante sottoporre ai test. Alcune celle sono note per avere un’espansione e una contrazione minime durante i cicli. Tuttavia, le celle prismatiche e a sacchetto sono note per espandersi e contrarsi in modo significativo, e questa caratteristica deve essere valutata per garantire l’impiego corretto e la sicurezza di ciascuna cella.
I test di compressione degli stack possono essere utilizzati per replicare al meglio le forze e gli abusi meccanici a cui una batteria è sottoposta nel mondo reale durante la sua vita.
Sistemi di test universali
I sistemi di test universali possono essere dotati di un’ampia gamma di accessori che permettono di eseguire test di resistenza e delle proprietà statiche fondamentali. Questi sistemi sono ideali per test monotoni a bassa velocità (da 1 a 600 mm/min).
Sistemi di test per gli impatti
I sistemi con torre a caduta di grave sono utilizzati per applicare e misurare i carichi da impatto a velocità da moderate a elevate (in genere per foratura o rientranza di un punto). I test a urto singolo sono controllati dal punto di vista di velocità ed energia dell’incidente (da 1 a 24 m/s e fino a 1800 J).
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Sistemi di test di fatica
Utilizzate per i test che richiedono una forza da bassa a moderata, queste macchine sono in grado di applicare fatica e carichi ciclici con una frequenza max di 100 Hz (movimenti transitori a oltre 1 m/s o con accelerazione di 40 G), ma possono essere impiegate anche per test statici.
Sistemi di test servoidraulico ad alta velocità
Questi sistemi di test estremamente specializzati possono eseguire prove a una velocità max di 25 m/s e con forza elevata, e sono comunemente impiegati per stabilire le proprietà dei materiali in caso di urto. Possono essere utilizzati anche per test contro foratura e schiacciamento.
HDT Vicat
Sistemi di test
Queste macchine per test sono utilizzate per caratterizzare il comportamento delle materie plastiche ad alte temperature, misurando le loro temperature di inflessione per calore (HDT) e di rammollimento Vicat.
Sistemi di test
automatizzati
Le apparecchiature di test stanno diventando sempre più automatizzate e comprendono dai dispositivi automatici per la misurazione dei campioni ai sistemi completamente robotizzati; ciò aiuta i laboratori del settore delle batterie a gestire in modo più efficiente i crescenti volumi di test.
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