Uma folha de eléctrodo de bateria de lítio é uma estrutura de três camadas de um material compósito de um eléctrodo e um actual composição de revestimento de folha colector, isto é, o revestimento de partículas, revestimento uniforme em ambos os lados de um fluido colector de corrente do metal, principalmente consiste em quatro partes: ( 1) partículas de material activo, (2) um agente condutor e um aglutinante são misturados em conjunto com a composição (fase de goma de carbono); (3) a poro preencher electrólito; (4) uma folha de metal colector de corrente.
A estabilidade mecânica das peças do pólo tem uma influência importante sobre a bateria, especialmente como um eléctrodo negativo de silício, quando a inserção e extracção de lítio nos ciclos de carga / descarga, a mudança de volume de 270% de vida pobre ciclo. Esta expansão de volume pode conduzir a partículas de silício esmagadas, e separar o revestimento do colector de corrente de cobre.
O método utilizado para determinar a expectativa de vida das propriedades importantes de materiais activos e a resistência de ligação do revestimento é verificado, no caso de falha do revestimento de análise de falhas de revestimento a partir do substrato de libertação compreende um revestimento, que pode ser retirada por causa da mecânica ou térmica causas do stress, desgaste do material de revestimento de libertação electroquímica pode ser de muitas formas diferentes: craqueamento, delaminação fragmentação, estilhaçamento, ou outra deformação plástica da necessidade de análise de falha de revestimento e revestimento inspecção aderência método fiável e prático para quantificar o revestimento descrito - Caracterização da força de adesão entre o substrato e o mecanismo de falha é uma informação importante para a prevenção ou supressão de falha de adesão compreender o conhecimento e ajudar a melhorar o desempenho geral da qualidade do revestimento.
A adesão real do revestimento é separada da carga a ser aplicada ao substrato. Aderência real pode ser afectada por diversos factores, tais como a rugosidade da espessura do revestimento, do substrato, química de superfície e os resultados das propriedades mecânicas do revestimento para o substrato resultados de medição efeito também afectar método de teste de adesão real pode ser afectada. os métodos mais comuns incluem casca de ensaio, ensaio de flexão, teste de entalhe e um teste de raspagem.
Este artigo descreve um simples pedaço de pólo da bateria métodos de teste mecânico de lítio resumo, devido ao nível pessoal limitado, o texto está errado com a crítica de boas-vindas e comentários também são bem vindos para adicionar.
1, nanoindentação
Nanoindentação também chamado profundidade de indentação sensível (Profundidade-SensingIndentation, DSI), é uma das propriedades mecânicas dos materiais do método de teste mais simples, pode medir uma variedade de propriedades mecânicas de materiais em nanoescala, como a curva carga - deslocamento , módulo de elasticidade, dureza, resistência à fractura, e efeito de encruamento, ou comportamento viscoelástico fluência seguinte princípios básicos apresentação de vídeo nanoindentação.
A figura 1 (a) teste nanoindentação esquemática; (B, C) guia eléctrodo negativo de recuo digitalizar fotografias
A figura 1 é um diagrama esquemático de um princípio teste nano-recuo e uma imagem de bateria de lítio eléctrodo negativo guia recuo digitalizada, de teste, a carga P é aplicado ao penetrador, o penetrador de exemplo, a indentação deixada na superfície da amostra depois da descarga. A FIG. 2 é uma carga típica nanoindentação - curva de deslocamento durante o carregamento ocorre primeira superfície de espécime é elasticamente deformável, em que a carga é aumentada, a deformação plástica começou e gradualmente aumentada; processo de desinstalação é principalmente deformado elasticamente para restaurar processo, plasticamente deformado e, finalmente, faz com que o recuo da superfície amostra FIG HC é uma profundidade de contacto, ht representa a deslocação para a carga máxima, e epsilon; .. os parâmetros do instrumento ram relacionadas compreendido a partir da figura 2, a carga gradualmente a partir de 0. aumenta a uma carga máxima de 30 mN, carga subsequentemente reduzido substancialmente linearmente, em seguida, o declive da linha é o contacto rigidez S. espécime P medindo o montada por prensagem de carga, e a área da superfície de entalhe um de contacto rigidez S pode ser calculado a partir da dureza H e o módulo de elasticidade E.
FIG teste 2 nanoindentação carga típica - curva de deslocamento
A figura 3 é uma bateria de iões de lítio (a) positivos e (b) um eléctrodo de carga de ensaio repetidamente nanoindentação negativo - curva de deslocamento, e (a) positivos e (b) um eléctrodo negativo testes do módulo de elasticidade que correspondem a diferentes estudos mostram a profundidade de penetração microestrutura e as tensões internas dentro da espessura do revestimento do revestimento é a principal razão não é a mesma mudança no módulo de elasticidade do revestimento, a preparação de um revestimento mais espesso, quanto maior a densidade, maior será a pressão interna, fazendo com que o revestimento de teste o módulo de elasticidade da camada é maior quando a profundidade de penetração é muito pequena, especialmente a superfície áspera da amostra, irá produzir efeitos superficiais significativas. esta é causada principalmente pela rugosidade da superfície, principalmente quando o início do teste dados falso e dispersão. para reduzir o impacto causado pela rugosidade da superfície, tanto quanto possível, é recomendável não menos do que uma certa profundidade de penetração tem sido a de assegurar que a profundidade de penetração da incerteza provocada pela rugosidade da superfície é relativamente pequena.
FIG bateria de iões de lítio 3 (a) positivos e (b) uma pluralidade de carga negativa teste vezes nanoindentação - curva de deslocamento, e o módulo de elasticidade dos diferentes testes correspondentes para a profundidade de penetração (a) positivos e (b) um eléctrodo negativo
2, teste de tração
Ensaio de tracção é um método de ensaio para suportar as características do material axiais medidos sob uma carga de tracção. Os dados de utilização podem determinar o limite de elasticidade à tracção do material de ensaio obtido, elongação, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade, a quantidade de redução da área, puxar Força elástica, ponto de rendimento, força de rendimento e outras propriedades elásticas.
A Figura 4 é um tamanho de amostra de teste de tração e um dispositivo de teste de tração simples para peças de polo de bateria de íon de lítio.
Figura 4 Especificações da amostra de teste de tração de peças de pólo de bateria de íon de lítio e dispositivo de teste de tração simples
A figura 5 é uma tensão de lítio cátodo bateria de iões, uma película de ânodo e um ensaio de tracção - curva de deformação, o material de metal com o stress típico - curva estirpe semelhante, em geral, as seguintes etapas:
1) fase elástica: uma tensão-deformação substancialmente linear após a descarga também pode ser restaurada para o comprimento original a uma curva de deformação chamado ponto do ponto de 0,2% de rendimento, o que corresponde a uma força de resistência à deformação, em seguida, o módulo de elasticidade pode ser calculada. E, a inclinação da curva.
2) Estágio de rendimento: O estresse permanece basicamente o mesmo, e a deformação aumenta significativamente.
3) fase de reforço: Esta fase é uma fase de endurecimento de plástico, a peça de pólo da bateria não é observada, nesta fase do pico de tensão é a força de tracção que corresponde a alínea f.
4) estágio de deformação local: Neste momento, a amostra será necked até que quebra.
O processo de fratura por tração em peça polar é mostrado na Figura 6.
Figura 5 (a, b) eletrodo negativo de bateria de lítio-íon, (c) eletrodo positivo e (d) curva de tensão-deformação de tração de alumínio
Figura 6 Diagrama esquemático do processo de fratura por tração de peça polar
A FIG 7 é uma tensão de bateria de iões de lítio (a) um eléctrodo negativo, e (c) o eléctrodo positivo do ensaio de tracção - curva de tensão, relação constitutiva inferido da placa de iões de lítio eléctrodo da bateria de acordo com os dados de teste, e o uso dessas peças de pólo modelo em forma de 2. No cálculo de simulação da bateria de iões de lítio, estude as propriedades mecânicas da bateria.
bateria de iões de lítio da Figura 7 (a) e negativa (c) uma tensão de tracção positiva -. curva de tensão, e o modelo de relação constitutiva peça encaixe pólo
3, teste de compressão
Quando as propriedades mecânicas de materiais metálicos, o ensaio de tracção propriedades mecânicas e definido nas respectivas fórmulas, no teste de compressão, basicamente, se aplicam, no entanto, uma carga compressiva uniaxial é aplicada à amostra, o estado de tensão do suave coeficiente de significativamente maior do que num estado esticado, de modo que algum do material em um ensaio de tracção de ruptura frágil (por exemplo, ferro fundido cinzento, cerâmica, liga amorfa, etc.), é possível, no teste de compressão irá exibir um certo grau de deformação plástica, ou exibir uma maior resistência. Assim, no estudo da deformação e fractura de materiais frágeis tendem a usar o teste de compressão, enquanto medindo a sua resistência e ductilidade.
No estudo do lítio bateria de iões equação constitutiva peça polar, Para uma compreensão mais completa das propriedades mecânicas das peças polares, as peças polares que enquanto esticado, muitas vezes para as peças polares do ensaio de compressão, a FIG. 8 é uma bateria de iões de lítio (a) uma tensão negativa e (c) comprimir o teste positivo eléctrodo - curva de tensão, e o modelo constitutiva relações encaixe pólo peça peça polar construído de acordo com o modelo constitutivo de tracção e do pólo peça de compressão de dados de teste experimentais, em seguida, o modelo utilizado para estudar o comportamento da peça de pólo da bateria está quebrado no processo de montagem, os resultados da comparação experimental e simulado mostrado na Fig.
A FIG 8 é uma bateria de iões de lítio (a) um eléctrodo negativo e (c) uma tensão de compressão de teste positivo - curva de tensão, e o modelo de relação constitutiva encaixe peça polar
Fig. 9 Estudo experimental e de simulação sobre o comportamento de fratura da peça polar no processo de montagem da bateria
4, teste de flexão
A tensão máxima da superfície da amostra, o tempo de reacção pode ser sensivelmente flexão defeitos de superfície do material de teste, as propriedades da superfície e o processo de reforço utilizada para o estudo da superfície. A Fig. 9 mostra uma vista esquemática da curva de carga e deflexão de carga registada ponto comum ensaio de flexão, a FIG. O valor de tensão correspondente à linha tracejada é a resistência à flexão ou resistência à flexão do material.
Figura 10 Diagrama esquemático da curva de deflexão da carga da carga e registro do teste de flexão
5, teste de casca
resistência à descamação do revestimento é uma unidade de área entre o revestimento e o revestimento descascada da superfície do substrato do material de base para baixo a força de ligação necessária. É muito importante o desempenho do revestimento detecção do índice. Se a força de ligação é muito pequeno, vontade variando causar uma diminuição na vida do revestimento, resultando em falha prematura, causada revestimento pesado descamação local, casca não podem ser utilizados.
resistência à tracção da capacidade de revestimento do revestimento de resistir a tensão de tracção normal, que é o indicador mais importante da força de ligação das ferramentas de ensaio teste de avaliação de revestimento ou equipamentos utilizados na amostra submetida a força de tracção perpendicular à superfície do revestimento até que a amostra é aberto, isto é, a remoção de revestimento, a carga destruição quando uma nota com a amostra de área de secção transversal para além do valor de carga, para determinar a resistência à tracção do revestimento.
Método Geral de teste, cortando a peça polar, sensível à pressão de dupla face fita adesiva 3M-VHB na superfície do eléctrodo, a outra superfície ligado à placa de aço inoxidável, chapa de aço inoxidável e o colector de corrente ligado às duas pinças do aparelho de alongamento, então retirar a amostra a uma velocidade constante, teste de arrancamento de 180 graus, o alumínio é detectado quando o colector de corrente é completamente desenrolada força pelicular é a força, testando princípio, como mostrado na FIG.
Figura 11 Diagrama esquemático do teste de resistência de casca de revestimento
Usando teste controlado por computador electrónico máquina universal de ensaios de tracção, o teste de compressão, teste de arrancamento, teste da lágrima de flexão e corte de teste e semelhantes.
6, teste do risco
Procedimento Geral 12 zero testador figura esquemática. Durante a execução do teste de raspagem, a superfície do revestimento ao longo da linha de cadeia linear caneta feita de diamante ou de outro material duro, enquanto que a aplicação de uma carga constante ou progressivamente crescente. Como resultado, , estilete incluído revestimento para a interface de revestimento ou através do revestimento para o sistema de revestimento de substrato de interface. e o substrato irá produzir falha coesiva e adesiva. verificar directamente a partir do zero depois do teste de raspagem e análise microscópica Os dados fornecem informações úteis sobre o próprio revestimento e o sistema de revestimento-substrato.
A figura 13 é um eléctrodo negativo de silício dois processos diferentes risca imagens SEM com diferentes cargas, através do estudo dos dados experimentais de teste zero, pode comparar a estabilidade mecânica da peça polar eléctrodo negativo, e o desempenho do ciclo de vida de inferência da bateria.
Figura 12 Diagrama esquemático da operação geral do scratch tester.
Figura 13 Micrografia eletrônica de varredura de arranhões de ânodos à base de silício com dois diferentes processos sob diferentes cargas
