電池測試解決方案
電池單體、模組及電池包解決方案
隨著電動車、消費電子產品、儲能和工業應用對先進電池的需求持續增長，電池製造商面臨著對安全性、性能、可靠性和生產效率日益增長的要求。Instron 為電池材料、組件、單體、模組、電池包及成品設備提供測試解決方案。我們的系統支援從消費電子產品和穿戴式裝置到電動車和固定式儲能的各種應用。
作為材料測試行業的全球領導者，Instron 擁有獨特的優勢，能透過在地支援滿足全球電池測試實驗室的需求，以在地語言快速回應，提供包括安裝、校準、培訓、現場機器升級以及過程中的任何維修需求在內的全套服務，以最大限度地減少停機時間。
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電池由多種材料、膠粘劑、焊點和組件結構組成，需要進行徹底測試。除了我們為電池測試提供的廣泛標準夾具外，Instron 還開發了專門設計的客製化夾具，以提高電池材料和組件測試的效率和重複性。我們的工程解決方案團隊（Engineered Solutions Group）可以針對特定需求快速交付電池夾具設計。
隔離膜是鋰離子電池以及其他液體電解質電池的關鍵部分。用於這些薄膜的聚合物必須足夠強韌，以承受組裝過程中的捲繞操作，以及由於長期使用而在陽極上以不均勻方式鍍鋰的壓力。更安全、更強韌的隔離材料能更有效地防止陰極和陽極接觸，而更薄的材料則有助於減輕每顆電池的重量並提高能量密度。
隔離膜的穿刺測試對於確保電池在整個生命週期內每個單體的安全性和壽命至關重要。薄膜必須足夠強韌，以承受長期使用中形成的枝晶穿刺。確保試樣適當的張緊度以及上部探針的對齊對於此應用至關重要。測試類似於 EN 14477 和 ASTM F1306。
我們提供手動和氣動驅動的穿刺夾具，以符合 EN 14477、ASTM F1306 等標準。氣動夾具可確保重複的夾持力並提高產能。整合到現有系統中就像安裝氣動夾具一樣簡單。
緊密捲繞會在隔離膜和電極塗層之間產生機械負載，了解兩個表面之間的摩擦係數非常重要。更好地了解摩擦係數可以確保生產中進行正確的捲繞過程。通常使用 ISO 8295 和 ASTM D1894-14 作為此測試的指導。
隔離膜的材料選擇對於電池完整性至關重要，因為任何機械性能問題都可能增加內部短路的潛力，從而導致熱失控。測試對衝擊事件的穿刺阻力對於選擇性能最佳的材料至關重要，其附加目標是減少厚度和重量。
Instron 的 自動化系統 為電池測試引入了全新的生產力水平。隨著電池產量持續增加，產能和效率對於跟上需求至關重要。利用自動化系統搭配針對每種應用推薦的設備，可以解放操作人員並最大化產能，同時保持最佳結果。
電池最常見的失效模式之一是由於電極材料塗層破裂或從集流體上脫落引起的。這種破裂或脫落通常是由電池不斷充放電以及使用時的機械負載造成的。了解電極的粘著強度和壽命對於確保電池在預測的生命週期結束前不會失效至關重要。
180° 剝離測試是用於確定電極對集流體粘著強度的常用方法。憑藉剝離設置的機械優勢和易於對齊的特點，可以使用低力值夾具和荷重元進行此測試。最好考慮使用 氣動夾具 和金屬基板，以確保高產能並在整個測試過程中保持正確的 180° 剝離。
90° 剝離測試是測試電池電極粘著力的另一種常用方法。90° 剝離測試通常涉及比 180° 剝離測試稍高的負載，並且可以更快地設置，因為它通常不需要基板。Instron 針對此測試最常見的解決方案是 標準 90° 剝離夾具 或專為測試電極粘著力而設計的 氣動剝離夾具。氣動 90° 剝離夾具提供了更高的重複性和產能，同時還能協助操作人員在 90° 位置進行一致的試樣放置和對齊。對於上部夾具，氣動夾具可優化產能和重複性，建議用於測試脆弱材料。
黏著力測試（Tack tests）已獲得研究人員的支持，作為測試電池電極與集流體粘著力的另一種方式。黏著力測試不是緩慢地將電極從集流體上剝離，而是專注於預定區域內電極的整體粘著強度。極快的數據採集速率配合 Instron 的 黏著力測試夾具，可確保獲得最佳結果和產能。
鋁箔和銅箔在電池中用作集流體，傳統上需要大量使用。隨著行業力求使用最少量的材料來實現每顆電池的最佳能量密度，了解每種箔材的機械性能對於確保電池的安全性和壽命至關重要。隨著箔材變得更長、更薄、更寬，需要改進技術來解決隨之而來的皺褶和撕裂問題。驗證並維持此材料的機械性能對於優化電池生產至關重要。
標準拉伸測試是確定鋁箔和銅箔試樣機械性能最合適的方法。氣動側動夾具 為這些大批量材料提供恆定的壓力與快速的產能，正確的試樣對齊對於重複性和測試前的試樣保護至關重要，因為薄箔材可能會受到夾具內輕微對齊不良的影響。我們建議使用 精密試樣裝載器，以減少測試結果的變異性，同時提高人體工學和安全性。通常使用 ASTM E345-16 作為此測試的指導。
隨著電池產量持續增加且材料變得更薄，產能和效率對於跟上需求至關重要。利用自動化系統搭配推薦的設備，可以跟上對更薄、更寬、更長箔材試樣的需求，並解放操作人員，在保持最佳結果的同時最大化產能。
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鋰離子電池和其他液體電解質電池在電極、極耳、外殼和單體之間需要無數個焊點。了解最常見的失效模式和每個焊點的強度對於確定電池壽命至關重要。每個焊點都必須承受車輛或設備內部的機械負載，這些負載會隨著時間的推移磨損焊點。電池供電產品會暴露在振動、搬運、運輸和操作負載中，在焊點設計和品質驗證中必須考慮這些因素。
圓柱形電池在組裝過程中需要多個焊點，包括陰極極耳到電池蓋、陽極極耳到殼體底部，甚至極耳到極耳的單獨焊點。所有這些都需要正確的對齊和夾持解決方案，以實現高產能和可重複的結果。
軟包電池具有焊接在一起的陽極或陰極極耳，以及焊接到電池端子的極耳。此外，軟包電池還有需要測試的匯流排焊接。正確的夾具和試樣對齊，以及適用於不同尺寸的通用解決方案非常重要。
隨著越來越多的組件和材料被引入電池行業，有無數其他特性需要針對每個設計的品質、強度、安全性和壽命進行測試。
電池在充放電過程中的膨脹是一個需要測試的重要特性。已知某些單體在循環過程中的膨脹和收縮極小。然而，方形和軟包電池已知會表現出顯著的膨脹和收縮，必須對其進行表徵以確保每個單體的正確使用和安全性。
Instron 廣泛的壓縮壓盤，配合標準或高精度位移感測器，可用於全面表徵負載下的泡沫材料行為。使用者可以使用一套提供多種尺寸和形狀的壓縮壓盤進行靜態或循環壓縮測試，並同步採集荷重和局部立位移數據，以測試用於電池單體、模組、電池包和電子設備組裝的泡沫和凝膠。
此外，可以在下壓縮砧座上添加加熱板，以控制壓縮表面的溫度。使用閉迴路控制器來控制加熱板的溫度，並將實際溫度讀數輸出到測試軟體。
Instron 使用者可以選擇手動或氣動夾具來執行重要的搭接剪切測試，以表徵電池包和模組組裝中所用膠粘劑和焊點的結合強度。還可以提供專門的自動化解決方案，根據來自條碼或測量尺寸的搭接剪切試樣資訊來橫向對齊夾具。
