Soluzioni per i test delle batterie
Soluzioni per celle, moduli e pacchi batteria
Poiché la domanda di batterie avanzate continua a crescere nei settori dei veicoli elettrici, dell'elettronica di consumo, dello stoccaggio di energia e delle applicazioni industriali, i produttori di batterie devono affrontare richieste crescenti in termini di sicurezza, prestazioni, affidabilità ed efficienza produttiva. Instron fornisce soluzioni di test per materiali, componenti, celle, moduli, pacchi e dispositivi finiti per batterie. I nostri sistemi supportano applicazioni che spaziano dall'elettronica di consumo e dai dispositivi indossabili ai veicoli elettrici e allo stoccaggio di energia stazionaria.
In qualità di leader globale nel settore dei test sui materiali, Instron gode di una posizione privilegiata per soddisfare le esigenze dei laboratori di test sulle batterie in tutto il mondo con un'assistenza locale in grado di rispondere rapidamente e nella lingua locale, fornendo la nostra suite completa di servizi, tra cui installazione, calibrazione, formazione, aggiornamenti delle macchine in loco e qualsiasi esigenza di assistenza lungo il percorso per ridurre al minimo i tempi di inattività.
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Le batterie sono composte da una varietà di materiali, adesivi, saldature e strutture di componenti che richiedono test approfonditi. Oltre alla nostra ampia offerta di afferraggi e attrezzature standard per i test sulle batterie, Instron ha sviluppato attrezzature personalizzate progettate specificamente per migliorare l'efficienza e la ripetibilità dei test sui materiali e sui componenti delle batterie. Il nostro Engineered Solutions Group è in grado di gestire tempi di consegna rapidi sui progetti di attrezzature per batterie per soddisfare esigenze specifiche.
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I 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 sufficientemente resistenti da sopportare l'operazione di avvolgimento durante l'assemblaggio, nonché la placcatura del litio sull'anodo in modo non uniforme a causa dell'uso intensivo. Un materiale separatore più sicuro e resistente previene più efficacemente il contatto tra l'anodo e il catodo, mentre un materiale più sottile aiuta a ridurre il peso di ogni batteria e a migliorare la densità energetica.
Il test di perforazione 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 sufficientemente resistente da sopportare le perforazioni causate dai dendriti che si formano con l'uso intensivo. Garantire la corretta tensione del provino e l'allineamento di una sonda superiore è fondamentale per questa applicazione. Il test è simile a EN 14477 e ASTM F1306.
Sono disponibili attrezzature per la perforazione sia manuali che pneumatiche per soddisfare le norme EN 14477, ASTM F1306 e altre ancora. Le attrezzature pneumatiche garantiscono forze di serraggio ripetibili e una maggiore produttività. L'integrazione in un sistema esistente è semplice quanto l'installazione di un afferraggio pneumatico.
Il test di trazione viene utilizzato per garantire che il film separatore possa resistere a tutte le operazioni meccaniche durante la produzione e la vita della batteria. Garantire il corretto allineamento, l'inserimento e il funzionamento dell'afferraggio del provino è necessario per la migliore ripetibilità e produttività, nonché per evitare possibili danni a un provino prima del test. Consigliamo di utilizzare il Precision Specimen Loader per ridurre la variabilità nei risultati dei test migliorando al contempo l'ergonomia e la sicurezza. Il test è simile a ASTM D882 e ISO 527-3.
L'avvolgimento stretto crea carichi meccanici tra il film separatore e il rivestimento dell'elettrodo, ed è importante comprendere il coefficiente di attrito tra le due superfici. Una migliore comprensione del coefficiente di attrito può garantire processi di avvolgimento corretti in produzione. È comune utilizzare le norme ISO 8295 e ASTM D1894-14 come guida per questo test.
La selezione del materiale per il film separatore è essenziale per l'integrità della batteria, poiché qualsiasi problema di prestazione meccanica può aumentare il potenziale di cortocircuiti interni, che possono portare a una fuga termica. Testare la resistenza alla perforazione in caso di impatto è di fondamentale importanza per selezionare il materiale con le migliori prestazioni, con l'obiettivo aggiuntivo di ridurre spessore e peso.
I sistemi di automazione di Instron introducono un nuovo livello di produttività per i test sulle batterie. Poiché i volumi di produzione delle batterie continuano ad aumentare, la produttività e l'efficienza sono fondamentali per stare al passo con la domanda. L'utilizzo di un sistema di automazione con l'attrezzatura consigliata per ogni applicazione può liberare gli operatori e massimizzare la produttività, mantenendo risultati ottimali.
Una delle modalità di guasto più comuni nelle batterie si verifica quando il rivestimento del materiale dell'elettrodo si incrina o si delamina dal collettore di corrente. Questa incrinatura o delaminazione è tipicamente causata dalla costante carica e scarica di una batteria, nonché dal carico meccanico durante l'uso. È fondamentale comprendere la forza di adesione dell'elettrodo e la sua longevità per garantire che una batteria non si guasti prima della fine del suo ciclo di vita previsto.
Il test di spellamento a 180° è un metodo comunemente utilizzato per determinare la forza di adesione degli elettrodi al collettore di corrente. Grazie al vantaggio meccanico della configurazione di spellamento e alla facilità di allineamento, questo test può essere eseguito utilizzando afferraggi a bassa forza e celle di carico. È preferibile considerare gli afferraggi pneumatici e l'uso di un substrato metallico per garantire un'elevata produttività e un corretto spellamento a 180° durante ogni test.
Il test di spellamento a 90° è un altro metodo comune per testare l'adesione degli elettrodi nelle batterie. Il test di spellamento a 90° comporta generalmente carichi leggermente superiori rispetto al test a 180° e può essere configurato più rapidamente perché spesso non richiede un substrato. Le soluzioni più comuni di Instron per questo test sono un'attrezzatura per lo spellamento a 90° standard o un'attrezzatura pneumatica per lo spellamento progettata specificamente per testare l'adesione degli elettrodi. L'attrezzatura pneumatica per lo spellamento a 90° offre una migliore ripetibilità e produttività, aiutando al contempo l'operatore nel posizionamento e nell'allineamento coerenti del provino a 90°. Per l'attrezzatura superiore, un afferraggio pneumatico ottimizza la produttività e la ripetibilità ed è consigliato per testare materiali delicati.
I test di tack sono stati supportati dai ricercatori come un modo aggiuntivo per testare l'adesione degli elettrodi al collettore di corrente nelle batterie. Invece di spellare lentamente gli elettrodi dal collettore di corrente, un test di tack si concentra sulla forza di adesione di un'intera area predeterminata di elettrodi. Una raccolta di dati a velocità molto elevata abbinata all'attrezzatura per il test di tack di Instron garantisce i migliori risultati e la massima produttività possibili.
Le lamine di alluminio e rame sono utilizzate come collettori di corrente nelle batterie e sono tradizionalmente necessarie in grandi volumi. Poiché l'industria si sforza di utilizzare quantità minime di materiale per ottenere una densità energetica ottimale di ogni batteria, è fondamentale comprendere le proprietà meccaniche di ogni lamina per garantire la sicurezza e la longevità della batteria. Man mano che la lamina diventa più lunga, più sottile e più larga, è necessaria una tecnologia migliorata per affrontare le grinze e gli strappi che possono derivarne. Convalidare e mantenere le proprietà meccaniche di questo materiale è fondamentale per ottimizzare la produzione di batterie.
Un test di trazione standard è il modo più appropriato per determinare le proprietà meccaniche dei provini di lamina di alluminio e rame. Gli afferraggi pneumatici ad azione laterale offrono una pressione costante con una rapida produttività per questi materiali ad alto volume, e un corretto allineamento del provino è fondamentale per la ripetibilità e la protezione del provino prima del test, poiché le lamine sottili possono essere influenzate da un lieve disallineamento all'interno degli afferraggi. Consigliamo di utilizzare il Precision Specimen Loader per ridurre la variabilità nei risultati dei test migliorando al contempo l'ergonomia e la sicurezza. È comune utilizzare la norma ASTM E345-16 come guida per questo test.
Poiché i volumi di produzione delle batterie continuano ad aumentare e il materiale diventa più sottile, la produttività e l'efficienza sono fondamentali per stare al passo con la domanda. L'utilizzo di un sistema di automazione con l'attrezzatura consigliata può stare al passo con la richiesta di provini di lamina più sottili, più larghi e più lunghi, oltre a liberare gli operatori e massimizzare la produttività, mantenendo risultati ottimali.
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Le batterie agli ioni di litio e altre batterie a elettrolita liquido richiedono innumerevoli saldature tra elettrodi, linguette, involucri e celle. Comprendere le modalità di guasto più comuni e la resistenza di ogni saldatura è fondamentale per determinare la vita di una batteria. Ogni saldatura deve resistere al carico meccanico derivante dall'essere all'interno di un veicolo o di un dispositivo, che può logorare la saldatura nel tempo. I prodotti alimentati a batteria sono esposti a vibrazioni, movimentazione, trasporto e carichi operativi che devono essere considerati nella progettazione della saldatura e nella convalida della qualità.
Le celle cilindriche richiedono diverse saldature durante l'assemblaggio, tra cui la linguetta del catodo al cappuccio della cella, la linguetta dell'anodo alla base del contenitore e persino le singole saldature tra linguetta e linguetta. Tutte queste richiedono soluzioni di allineamento e afferraggio adeguate per un'elevata produttività e risultati ripetibili.
La maggior parte delle saldature nelle celle prismatiche avviene tra le linguette del catodo/anodo e ciascuno dei collettori di corrente, nonché all'interno della barra collettrice o del contenitore stesso. I guasti possono verificarsi in tutte le posizioni e devono essere controllati per verificarne la coerenza e la durata.
Visualizza l'attrezzatura per il test delle saldature prismatiche
Le celle a sacchetto presentano linguette anodiche o catodiche saldate insieme, nonché linguette saldate al terminale della cella. Inoltre, le celle a sacchetto presentano saldature delle barre collettrici che devono essere testate. Sono importanti un corretto allineamento dell'attrezzatura e del provino, insieme a una soluzione versatile per diverse dimensioni.
Poiché sempre più componenti e materiali vengono introdotti nel settore delle batterie, ci sono innumerevoli altre caratteristiche che devono essere testate per la qualità, la resistenza, la sicurezza e la longevità di ogni progetto.
Il rigonfiamento di una batteria durante la carica e la scarica è una caratteristica importante da testare. Alcune celle sono note per avere un'espansione e una contrazione minime durante il ciclo. Tuttavia, le celle prismatiche e a sacchetto sono note per esibire un'espansione e una contrazione significative, che devono essere caratterizzate per garantire l'uso corretto e la sicurezza di ogni cella.
Il test di compressione dello stack può essere utilizzato per replicare al meglio le forze del mondo reale e l'abuso meccanico durante la vita di una batteria.
L'ampia gamma di piatti di compressione di Instron, abbinata a un sensore di spostamento standard o ad alta precisione, può essere utilizzata per caratterizzare completamente il comportamento del materiale espanso sotto carico. Gli utenti possono eseguire test di compressione statici o ciclici utilizzando un set di piatti di compressione, disponibili in più dimensioni e forme, e acquisire in modo sincrono i dati di carico e spostamento localizzato per testare schiume e gel utilizzati negli assemblaggi di celle, moduli, pacchi batteria e dispositivi elettronici.
Inoltre, è possibile aggiungere una piastra riscaldante all'incudine di compressione inferiore per controllare la temperatura della superficie di compressione. Un controller a circuito chiuso viene utilizzato per controllare la temperatura della piastra e inviare le letture della temperatura effettiva al software di test.
Gli utenti Instron possono scegliere tra afferraggi manuali e pneumatici per eseguire gli importanti test di taglio a sovrapposizione necessari per caratterizzare la forza di legame di adesivi e saldature utilizzati negli assemblaggi di pacchi e moduli. Possono essere fornite anche soluzioni specializzate e automatizzate per allineare lateralmente gli afferraggi in base alle informazioni sul provino di taglio a sovrapposizione provenienti da un codice a barre o dalle dimensioni misurate.
Materiali, celle, moduli e pacchi possono comportarsi in modo diverso al variare delle condizioni ambientali. Le camere di prova integrate nel telaio di prova Instron consentono agli utenti di testare i propri provini sotto carico monitorando e controllando l'ambiente dello spazio di prova.
Sistemi di prova universali
I sistemi di prova universali possono essere equipaggiati con una vasta gamma di accessori per eseguire test fondamentali di resistenza e proprietà statiche. Sono ideali per test monotonici a bassa velocità (1 - 600 mm/min).
Sistemi di prova d'impatto
I sistemi a caduta di peso (Drop Tower) sono utilizzati per applicare e misurare il carico d'impatto a velocità da moderata a elevata (tipicamente perforazione o indentazione puntuale). I test a colpo singolo sono controllati in termini di velocità incidente ed energia (1-24 m/s e fino a 1.800 J).
Sistemi di prova a fatica
Utilizzate per test che richiedono una capacità di forza da bassa a moderata, queste macchine sono in grado di eseguire carichi a fatica e ciclici fino a 100 Hz (movimenti transitori a oltre 1 m/s o accelerazione di 40 G), ma possono anche essere impiegate per test statici.
Sistemi di prova servoidraulici ad alta velocità
Questi sistemi di prova altamente specializzati possono eseguire test a velocità fino a 25 m/s ad alta forza e sono comunemente utilizzati per determinare le proprietà dei materiali in condizioni di crash. Possono anche essere utilizzati per test di perforazione e schiacciamento.
Sistemi di prova
HDT Vicat
Queste macchine di prova sono utilizzate per caratterizzare il comportamento dei materiali plastici ad alte temperature, misurando la loro temperatura di deflessione termica (HDT) e la temperatura di rammollimento Vicat.
Scopri di più
Sistemi di prova
automatizzati
Le apparecchiature di prova sono sempre più automatizzate, spaziando dai dispositivi di misurazione automatica dei provini ai sistemi robotici completi, aiutando i laboratori di tutto il settore delle batterie a gestire volumi crescenti di test in modo più efficiente.