Eine Lithium-Ionen-Batterieelektrodenfolie ist eine Dreischichtstruktur ein Verbundmaterial aus einer Elektrode und eine Strombeschichtungszusammensetzung Kollektorfolie, das hieß, die Beschichtung von Partikeln, eine gleichmäßige Beschichtung an beiden Seiten eines Metallstromabnehmer Flüssigkeit besteht hauptsächlich aus vier Teilen: ( 1) aktive Materialteilchen, (2) eine leitende Phase und ein Bindemittel, die miteinander vermischt sind (Kohlenstoffphase), (3) Poren, die mit Elektrolyt gefüllt sind, (4) Metallfolienstromkollektor.
Mechanische Stabilität der Polstücke hat einen wichtigen Einfluss auf der Batterie, insbesondere als Silizium negative Elektrode, wenn die Insertion und Extraktion von Lithium in dem Lade- / Entladezyklen, die Volumenänderung auf 270% schlechte Zykluslebensdauer. Diese Volumenausdehnung zu zerstoßenem Siliciumteilchen führen können, Und die Beschichtung ist vom Kupfer-Stromabnehmer getrennt.
Das Verfahren verwendet, um die Lebenserwartung der wichtigen Eigenschaften der aktiven Materialien und die Haftfestigkeit der Beschichtung zu bestimmen, überprüft wird, umfasst der Fall von Beschichtungsfehleranalyse Beschichtungsfehlern vom Trennsubstrat eine Beschichtung auf, die aufgrund der mechanischen abgeschält werden können oder thermischen Spannung, elektrochemische Spannung usw. Das Ablösen des Beschichtungsmaterials kann sich auf viele verschiedene Arten manifestieren: Rissbildung, Delaminierung, Abplatzen, Absplittern oder plastische Verformung zuverlässige und praktische Methode, um die Beschichtung beschrieben zu quantifizieren - Charakterisierung der Haftfestigkeit zwischen dem Substrat und der Ausfallmechanismus ist eine wichtige Information für die Prävention oder Adhäsionsfehler Unterdrückung, das Wissen zu verstehen und helfen, die Gesamtleistung der Beschichtungsqualität zu verbessern.
Die tatsächliche Haftung der Beschichtung wird von der Last getrennt auf das Substrat aufgetragen werden. Die tatsächliche Haftung kann durch viele Faktoren, wie beispielsweise die Rauheit der Beschichtungsdicke, Substrat, Oberflächenchemie und die Ergebnisse der mechanischen Eigenschaften der Beschichtung auf dem Substrat beeinflusst werden Auswirkungen: Die Messung der tatsächlichen Haftung kann auch durch die Testmethode beeinflusst werden Die am häufigsten verwendeten Methoden umfassen Schältest, Biegetest, Kratztest und Eindrucktest.
Dieser Artikel beschreibt eine einfache Methoden mechanische Prüfung Batterie Polstück Zusammenfassung Lithium, aufgrund der begrenzten persönlicher Ebene, ist der Text falsch mit der Begrüßung Kritik und Kommentare sind auch willkommen, hinzuzufügen.
1, Nanoindentation
Nanoindentierung auch genannt empfindliche Eindrücktiefe (Depth-SensingIndentation, DSI), ist eine der mechanischen Eigenschaften der Materialien der einfachstenen Testverfahren, eine Vielzahl von mechanischen Eigenschaften von Materialien auf der Nanoskala messen kann, wie beispielsweise die Last - Verschiebungskurve , Elastizitätsmodul, Härte, Bruchzähigkeit und Kaltverfestigungseffekt, oder Kriechen viskoelastische Verhalten folgenden Grundprinzipien Nanoindentierung Videopräsentation.
Figur 1 (a) schematische Nanoindentierung Test; (b, c) negative Elektrodenlasche Einrückung Scannen von Fotos
Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Nano-Eindrucktestprinzips und ein Lithium-Ionen-Batterie negativer Elektrodenstreife Einrückung abgetastete Bild, Test, wird die Last P auf den Eindringkörper aufgebracht, die Probe Eindringkörper, die Vertiefung in der Oberfläche der Probe gelassen nach der Entladung. Fig. 2 ist eine typische Nanoindentierung Last - Verschiebungskurve während des Beladens ersten Probenoberfläche auftritt elastisch verformbar ist, wenn die Last weiter erhöht wird, die plastische Verformung beginnt und allmählich erhöht; Deinstallationsprozess wird hauptsächlich elastisch verformt wiederherzustellen Verfahren plastisch verformt und bildet schließlich die Probenoberfläche Einrückung Fig hc eine Kontakttiefe ist, ht die Verschiebung bei maximaler Belastung, & egr; .. die Geräteparameter aus Fig ram 2 bezieht, die Last allmählich von 0. erhöht auf eine maximale Last von 30 mN, Last danach im wesentlichen linear gesenkt wird, dann kann die Neigung der Linie ist die Kontaktsteifigkeit S. Probe P durch die Einpresslast zu messen, und die Einbuchtung Oberfläche eine Berührungssteifigkeit S von der Härte H berechnet werden Und Elastizitätsmodul E.
Abbildung 2 Typische Last-Verschiebungskurve im Nanoindentationstest
3 ist eine Lithium-Ionen-Batterie (a) positive und (b) eine negative Elektrode wiederholt Nanoindentierung Prüfkraft - Verschiebungskurve ist, und (a) positive und (b) eine negative Elektrode Elastizitätsmodul Tests auf verschiedene Eindringtiefe entsprechenden Studien zeigen, Mikrostruktur und die inneren Spannungen innerhalb der Beschichtungsdicke der Beschichtung ist der Hauptgrund nicht die gleiche Änderung in der Elastizitätsmodul der Beschichtung ist, die Herstellung einer Beschichtung dicker ist, je höher die Dichte, desto größer ist die innere Spannung, wodurch die Testbeschichtung die Elastizitätsmodul Schicht größer ist, wenn die Eindringtiefe sehr gering ist, vor allem der rauen Oberfläche der Probe, werden signifikante Oberflächeneffekte erzeugen. Dies wird hauptsächlich durch die Oberflächenrauhigkeit hervorgerufen, vor allem, wenn der Beginn des Tests Daten unwahr und Dispersion. die Auswirkungen durch die Oberflächenrauhigkeit so weit wie möglich zu reduzieren, sollten nicht weniger als eine bestimmte Eindringtiefe um zu gewährleisten, dass der Eindringtiefe der durch die Oberflächenrauhigkeit verursachte Unsicherheit relativ klein ist.
Fig Lithiumionen-Batterie 3 (a) positive und (b) eine Vielzahl von Malen Nanoindentierung Test negativ Last - Verschiebungskurve, und die Elastizitätsmodul verschiedenen Tests der Eindringtiefe entsprechen, (a) positive und (b) eine negative Elektrode,
2, Zugtest
Der Zugversuch stellt ein Testverfahren zur Bestimmung der Materialeigenschaften unter axialer Zugbelastung dar. Die durch den Zugversuch erhaltenen Daten können die Elastizitätsgrenze des Materials, die Dehnung, den Elastizitätsmodul, die Proportionalitätsgrenze, die Flächenverringerung und den Zug bestimmen Zugfestigkeit, Streckgrenze, Streckgrenze und andere Zugeigenschaften.
Fig. 4 ist eine Zugtestprobengröße und eine einfache Zugtesthalterung für Lithium-Ionen-Batteriepolstücke.
Fig Lithiumionenbatterie Polstück 4 Zugversuch Zugversuch Probengröße und einfache jig
Figur 5 ist eine Spannungslithiumionen-Batterie Kathode, eine Anodenfolie und ein Zugversuch - Dehnungs-Kurve, das Metallmaterial mit typischen Spannungs - Dehnungs-Kurve ähnlich sind, im allgemeinen die folgenden Stufen:
1) Elastische Phase: Die Spannung und Dehnung sind grundsätzlich linear.Nach dem Entladen kann die ursprüngliche Länge wiederhergestellt werden.Die Kurve wird als die Fließgrenze an dem Punkt, an dem die Verformung 0,2% erreicht, und die entsprechende Festigkeit ist die Fließgrenze.Zu diesem Zeitpunkt kann der Elastizitätsmodul berechnet werden. E, die Steigung der Kurve.
2) Ausbeute: Die Spannung bleibt grundsätzlich gleich und die Belastung steigt deutlich an.
3) Verstärkungsphase: Diese Phase ist die plastische Härtungsphase Diese Phase wird im Batteriepolstück nicht beobachtet Die Spannungsspitze, die dem f Punkt entspricht, ist die Zugfestigkeit.
4) Lokales Deformationsstadium: Zu diesem Zeitpunkt wird die Probe eingezogen, bis sie bricht.
Der Polstückzugbruchprozess ist in 6 gezeigt.
Fig. 5 (a, b) negative Elektrode der Lithium-Ionen-Batterie, (c) positive Elektrode und (d) Aluminium-Zugspannungstest-Spannungs-Dehnungs-Kurve
Abbildung 6 Schematische Darstellung des Polschuh-Zugbruchverfahrens
7 ist eine Lithium-Ionen-Batteriespannung (a) eine negative Elektrode und (c) die positive Elektrode aus dem Zugversuch - Dehnungs-Kurve, gefolgerte konstitutive Beziehung der Platte Lithiumionenbatterie-Elektrode gemäß den Testdaten, und die Verwendung dieser Polstücke passendes Modell, 2. Untersuchen Sie in der Simulationsrechnung der Lithium-Ionen-Batterie die mechanischen Eigenschaften der Batterie.
Fig. 7 (a) negative Elektrode und (c) positive Zugspannungs-Dehnungs-Kurve der Lithium-Ionen-Batterie und Modellanpassung der konstitutiven Polstückbeziehung
3, Kompressionstest
Wenn die mechanischen Eigenschaften von metallischen Werkstoffen, Zugprüfung mechanischer Eigenschaften und die in den jeweiligen Formeln definiert ist, in der Kompressionsprüfung grundsätzlich anwendbar, jedoch eine einachsige Druckbelastung auf die Probe ausgeübt wird, der Spannungszustand der weichen Koeffizient deutlich größer als einem gedehnten Zustand, so dass ein Teil des Materials in einem Zugversuch von Sprödbruch (beispielsweise Grauguss, Keramik, amorphen Legierung, etc.) ist es möglich, in den Kompressionstest eine gewisse plastische Verformung zeigen oder eine höhere Anzeige Festigkeit Bei der Untersuchung des Verformungs- und Bruchverhaltens spröder Werkstoffe werden daher häufig Druckversuche durchgeführt und deren Festigkeit und Plastizität gemessen.
In der Studie des Stückes Lithiumion Batteriepol konstitutive Gleichung Für ein vollständigeres Verständnis der mechanischen Eigenschaften der Polstücke, nicht die Polschuhe während gestreckt, oft auf die Polstücke Kompressionstest durchführen, Fig. 8 ist eine Lithium-Ionen-Batterie (a) eine negative Spannung und (c) Komprimieren der positiven Elektrode Prüfung - Dehnungs-Kurve, und die konstitutive Beziehungen Modellanpassung Polstück pole piece konstruiert gemäß der Zug- und Druckstück pole experimentellen Testdaten konstitutive Modell, dann wird das Modell Es wird angewendet, um das Bruchverhalten des Polschuhs im Batteriezusammenbauprozess zu untersuchen.Die experimentellen und simulierten Vergleichsergebnisse sind in Fig. 9 gezeigt.
8 ist eine Lithium-Ionen-Batterie (a) eine negative Elektrode und (c) eine positive Testdruckspannung - Dehnungs-Kurve, und die konstitutive Beziehung Modellanpassung Polstück
Abb. 9 Experimentelle und Simulationsstudie zum Bruchverhalten des Polschuhs im Batterie-Montageprozess
4, Biegetest
Die maximale Spannung die Probenoberfläche, kann die Reaktionszeit feinfühlig Prüfmaterial Oberflächenfehler sein Verbiegen, Oberflächeneigenschaften und die Stärkung des Prozesses häufig zu studieren Oberfläche verwendet. Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht der Last und Lastverformungskurve aufgezeichnet gemeinsame Punkt-Biegeversuch, Fig. Der Spannungswert, der der gepunkteten Linie entspricht, ist die Biegefestigkeit oder Biegefestigkeit des Materials.
Abbildung 10 Schematische Darstellung der Lastverformungskurve des Biegeversuchs Belastung und Aufzeichnung
5, Schältest
Die Schälfestigkeit der Beschichtung ist eine Einheitsfläche zwischen der Beschichtung und der Beschichtung von der Substratoberfläche des Basismaterials auf der Bindung erforderlichen Kraft abgeschält. Es ist eine sehr wichtige Index Erfassungsbeschichtungsleistung. Wenn die Haftfestigkeit zu gering ist, reicht Willen eine Abnahme der Lebensdauer der Beschichtung führen, zu einem vorzeitigen Ausfall führt, verursachte schwere Beschichtung lokalen Peeling, Peeling kann nicht verwendet werden.
Zerreißfestigkeit der Beschichtungsfähigkeit der Beschichtungs normale Zugbeanspruchung zu widerstehen, die der wichtigste Indikator für die Bindungsfestigkeit der Beschichtung Auswertung Test Test Werkzeuge oder Geräte in der Probe zu Zugkraft ausgesetzt verwendet wird, ist senkrecht zu der Oberfläche der Beschichtung bis die Probe geöffnet wird, das heißt, die Entfernung der Beschichtung, Last Zerstörung, wenn ein Hinweis auf die Probenquerschnittsfläche neben den Belastungswert, um die Zugfestigkeit der Beschichtung zu bestimmen.
Allgemeines Testverfahren, das Polstück Aufschlitzen, der druckempfindliche doppelseitiges Klebeband 3M VHB auf der Elektrodenoberfläche, die andere Oberfläche die Edelstahlplatte befestigt, rostfreie Stahlplatte und den Stromabnehmer an die beiden Klemmen der Streckvorrichtung, dann Die Probe wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit gestreckt und einem 180º-Abschältest unterzogen.Wenn der Aluminiumstromkollektor vollständig abgelöst ist, stellt die erfaßte Kraft die Abschälkraft dar. Das Testprinzip ist in Fig. 11 gezeigt.
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Coating-Peel-Strength-Tests
1. Der Zugtest, der Kompressionstest, der Schältest, der Reißtest und der Scher- und Biegetest können unter Verwendung der mikrocomputergesteuerten elektronischen Universalprüfmaschine durchgeführt werden.
6, Kratztest
Fig. 12 Schematische Darstellung des allgemeinen Betriebs des Kratztesters Während des Kratzertests wird der Stift aus Diamant oder einem anderen harten Material linear entlang der Oberfläche der Beschichtung geritzt, während eine konstante oder zunehmende Belastung ausgeübt wird. Die Nadel wird in die Beschichtung eingezogen, erreicht die Beschichtungsgrenzfläche oder tritt durch die Beschichtung an die Substratgrenzfläche.Das Beschichtungs- und Substratsystem verursacht Kohäsion und Adhäsionsversagen.Die Untersuchung wird direkt aus dem Kratztest und der mikroskopischen Analysenach dem Verkratzen erhalten. Die Daten geben nützliche Informationen über die Beschichtung selbst und das Beschichtungs-Substrat-System.
Figur 13 ist eine Silizium-negative Elektrode zwei verschiedene Prozesse kratzen SEM-Bilder bei unterschiedlichen Lasten, indem den Kratztest experimentelle Daten zu studieren, kann die mechanische Stabilität der negativen Elektrode Polstück vergleichen, und das Leben Inferenz Zyklusleistung der Batterie.
Abbildung 12 Schematische Darstellung der allgemeinen Funktionsweise des Scratchtesters.
Abbildung 13 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Kratzern auf Silizium-Anoden mit zwei verschiedenen Prozessen unter verschiedenen Belastungen
