สรุปวิธีการทดสอบสมบัติเชิงกลของชิ้นส่วนแบตเตอรี่ลิเธียม

ลิเธียมไอออนแผ่นขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่เป็นโครงสร้างสามชั้นวัสดุคอมโพสิตของอิเล็กโทรดและเก็บฟอยล์องค์ประกอบเคลือบปัจจุบันนั่นคือการเคลือบผิวของอนุภาคเคลือบเครื่องแบบทั้งสองด้านของโลหะของเหลวปัจจุบันนักสะสมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ส่วน: ( 1) อนุภาควัสดุที่ใช้งาน (2) เฟสนำและตัวยึดประสานกับแต่ละอื่น ๆ (คาร์บอนเฟส) (3) รูขุมขนที่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ (4) เก็บฟอยล์โลหะปัจจุบัน

ความมั่นคงทางกลของชิ้นเสามีอิทธิพลสำคัญในแบตเตอรี่โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นซิลิกอนขั้วลบเมื่อแทรกและการสกัดลิเธียมในรอบของการชาร์จ / ปล่อยการเปลี่ยนแปลงปริมาณวงจรชีวิตที่ไม่ดี 270%. การขยายตัวของหนังสือเล่มนี้สามารถนำไปสู่อนุภาคซิลิกอนบด และเคลือบแยกจากตัวเก็บประจุกระแสไฟฟ้าทองแดง

วิธีการที่ใช้ในการกำหนดอายุขัยของคุณสมบัติที่สำคัญของวัสดุที่ใช้งานและความแข็งแรงพันธะของสารเคลือบผิวมีการตรวจสอบกรณีของการเคลือบวิเคราะห์เคลือบความล้มเหลวความล้มเหลวจากสารตั้งต้นที่ปล่อยประกอบด้วยการเคลือบซึ่งอาจจะปอกเปลือกออกเพราะกลหรือความร้อน สาเหตุของความเครียดความเครียดวัสดุเคลือบปล่อยไฟฟ้าอาจจะเป็นในรูปแบบที่แตกต่างกันหลายแตกหลุดลอกล่อนบิ่นหรือเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกอื่น ๆ ของสารเคลือบผิวและการเคลือบการยึดเกาะที่การตรวจสอบวิเคราะห์ความล้มเหลวความจำเป็น วิธีการที่เชื่อถือและการปฏิบัติเพื่อวัดปริมาณสารเคลือบผิวที่อธิบาย - ลักษณะของความแรงยึดเกาะระหว่างพื้นผิวและกลไกความล้มเหลวเป็นข้อมูลที่สำคัญในการป้องกันหรือปราบปรามการยึดเกาะของความล้มเหลวที่จะเข้าใจความรู้และช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของสารเคลือบผิวที่มีคุณภาพ

การยึดเกาะที่เกิดขึ้นจริงของการเคลือบจะถูกแยกออกจากภาระที่จะนำไปใช้กับพื้นผิว. การยึดเกาะที่เกิดขึ้นจริงอาจได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัยเช่นความหยาบกร้านของความหนาของการเคลือบพื้นผิวพื้นผิวทางเคมีและผลของสมบัติเชิงกลของสารเคลือบผิวพื้นผิวที่ การตรวจวัดความยึดติดที่เกิดขึ้นจริงอาจได้รับผลกระทบจากวิธีการทดสอบด้วยวิธีการที่ใช้กันโดยทั่วไป ได้แก่ การทดสอบการปอกเปลือกการทดสอบการดัดงอรอยขีดข่วนและการทดสอบการเยื้อง

บทความนี้สรุปวิธีการทดสอบสมบัติเชิงกลของชิ้นส่วนแบตเตอรี่ลิเธียมโดยย่อเนื่องจากระดับส่วนตัวที่ จำกัด ข้อผิดพลาดในข้อความยินดีต้อนรับสู่การวิพากษ์วิจารณ์และถูกต้องและคุณสามารถฝากข้อความได้

1, nanoindentation

nanoindentation เรียกว่าลึกเยื้องสำคัญ (ความชัดลึก SensingIndentation, DSI) เป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางกลของวัสดุของวิธีการทดสอบที่ง่ายที่สุดสามารถวัดความหลากหลายของคุณสมบัติทางกลของวัสดุที่เกี่ยวกับนาโนเช่นโหลด - โค้งราง โมดูลัสของความยืดหยุ่นความแข็ง, ความต้านทานการแตกหักและความเครียดผลแข็งหรือพฤติกรรม viscoelastic คืบต่อไปนี้นำเสนอหลักการพื้นฐาน nanoindentation วิดีโอ

มะเดื่อ 1 (ก) การทดสอบ nanoindentation วงจร (B, C) ขั้วลบแท็บเยื้องสแกนภาพถ่าย

มะเดื่อ 1 เป็นแผนภาพของหลักการการทดสอบนาโนเยื้องและภาพแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขั้วลบแท็บเยื้องสแกนทดสอบโหลด P จะนำไปใช้กับหัวกดที่หัวกดตัวอย่างเยื้องที่เหลืออยู่ในพื้นผิวของตัวอย่างหลังจากขนถ่าย. มะเดื่อ 2 เป็นภาระ nanoindentation ทั่วไป - รางโค้งระหว่างการโหลดเกิดขึ้นบนพื้นผิวชิ้นงานแรกคือ deformable ยืดหยุ่นเป็นภาระที่เพิ่มขึ้นต่อการเสียรูปพลาสติกและเริ่มเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ กระบวนการถอนการติดตั้งส่วนใหญ่จะพิการยืดหยุ่นในการเรียกคืน กระบวนการพิการแบบพลาสติกและในที่สุดจะทำให้ผิวหน้าของตัวอย่างเยื้องมะเดื่อ HC ความลึกติดต่อ ht คือการกระจัดที่โหลดสูงสุดและ epsilon; .. พารามิเตอร์เครื่องดนตรี RAM ที่เกี่ยวข้องเข้าใจจากรูปที่ 2, โหลดเรื่อย ๆ จาก 0. เพิ่มไปยังโหลดสูงสุด 30 ล้านโหลดต่อมาลดลงอย่างมีนัยสำคัญเป็นเส้นตรงแล้วความชันของเส้นที่มีการติดต่อตึง S. ตัวอย่าง P โดยการวัดโหลดกดกระชับและพื้นที่ผิวการเยื้องของการติดต่อตึง S สามารถคำนวณได้จากความแข็งเอช และโมดูลัสยืดหยุ่นอี

มะเดื่อทดสอบ 2 nanoindentation โหลดตามปกติ - โค้งราง

มะเดื่อ 3 เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ก) ในเชิงบวกและ (ข) การไฟฟ้าซ้ำ ๆ ทดสอบโหลด nanoindentation ลบ - โค้งรางและ (ก) ในเชิงบวกและ (ข) ขั้วลบทดสอบโมดูลัสยืดหยุ่นสอดคล้องกับการศึกษาเจาะลึกแตกต่างกันแสดง จุลภาคและความเครียดภายในความหนาของสารเคลือบผิวของสารเคลือบผิวเป็นเหตุผลหลักที่ไม่ได้เปลี่ยนแปลงเดียวกันในโมดูลัสยืดหยุ่นของสารเคลือบผิว, การเตรียมความพร้อมของการเคลือบหนาที่สูงกว่าความหนาแน่นมากขึ้นความเครียดภายในที่ก่อให้เกิดการเคลือบการทดสอบ ชั้นยืดหยุ่นโมดูลัสเป็นมากขึ้นเมื่อเจาะลึกที่มีขนาดเล็กมากโดยเฉพาะพื้นผิวหยาบกร้านของกลุ่มตัวอย่างที่จะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญพื้นผิว. นี้ส่วนใหญ่เกิดจากพื้นผิวที่ขรุขระส่วนใหญ่เมื่อจุดเริ่มต้นของการทดสอบ ข้อมูลจริงและการกระจาย. เพื่อลดผลกระทบที่เกิดจากพื้นผิวที่ขรุขระมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เราขอแนะนำให้ไม่น้อยกว่าความลึกเยื้องบางอย่างได้รับเพื่อให้แน่ใจว่าเจาะลึกของความไม่แน่นอนที่เกิดจากพื้นผิวที่ขรุขระมีขนาดค่อนข้างเล็ก

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมะเดื่อ 3 (ก) ในเชิงบวกและ (ข) ส่วนใหญ่ของการทดสอบครั้ง nanoindentation โหลดลบ - โค้งรางและโมดูลัสยืดหยุ่นของการทดสอบที่แตกต่างกันที่สอดคล้องกับการเจาะลึก (ก) ในเชิงบวกและ (ข) ขั้วลบ

2 การทดสอบแรงดึง

การทดสอบแรงดึงเป็นวิธีการทดสอบการทนต่อลักษณะวัสดุแกนวัดภายใต้แรงดึง. ข้อมูลการใช้ประโยชน์อาจตรวจสอบแรงดึงขีด จำกัด ของความยืดหยุ่นของวัสดุทดสอบที่ได้รับการยืดตัวของโมดูลัสของความยืดหยุ่น จำกัด สัดส่วนปริมาณของการลดลงของพื้นที่ดึง ความต้านทานแรงดึงจุดให้ผลผลิตความแข็งแรงของผลผลิตและสมบัติการทนแรงดึงอื่น ๆ

มะเดื่อ 4 นำไปใช้ลิเธียมไอออนชิ้นขั้วแบตเตอรี่และการทดสอบแรงดึงแรงดึงขนาดของกลุ่มตัวอย่างง่ายๆฟิกซ์เจอร์ทดสอบ

มะเดื่อลิเธียมไอออนขั้วแบตเตอรี่ชิ้น 4 ขนาดการทดสอบแรงดึงตัวอย่างการทดสอบแรงดึงและแรงจิ๊กง่ายๆ

มะเดื่อ 5 เป็นความเครียดลิเธียมไอออนแบตเตอรี่แคโทด, ฟอยล์ขั้วบวกและการทดสอบแรงดึง - โค้งความเครียดวัสดุโลหะที่มีความเครียดทั่วไป - โค้งสายพันธุ์ที่คล้ายกันโดยทั่วไปขั้นตอนต่อไปนี้:

1) ขั้นตอนการยืดหยุ่น: เชิงเส้นอย่างมากความเครียดหลังจากถ่ายยังสามารถกลับคืนสู่ความยาวเดิมที่โค้งความผิดปกติที่เรียกว่าจุดผลผลิตของจุดที่ 0.2% ซึ่งสอดคล้องกับความแรงของความแข็งแรงให้ผลผลิตแล้วโมดูลัสของความยืดหยุ่นสามารถคำนวณ E ความชันของเส้นโค้ง

2) ระยะผลผลิต: ความเครียดยังคงเหมือนเดิมและความเครียดเพิ่มขึ้นอย่างมาก

3) เสริมสร้างความเข้มแข็งเฟสเฟสนี้เป็นขั้นตอนพลาสติกชุบแข็งชิ้นขั้วแบตเตอรี่จะไม่ได้สังเกตในขั้นตอนของความเครียดยอดเขานี้เป็นความต้านทานแรงดึงที่สอดคล้องกับพอยน์

4) ขั้นตอนการเปลี่ยนรูปในท้องที่: ในเวลานี้ตัวอยางจะถูกคอจนถึงจุดพัก

กระบวนการแตกหักของชิ้นส่วนขั้วโลกแสดงในรูปที่ 6

ขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในมะเดื่อ 5 (A, B), (ค) ในเชิงบวกและ (ง) อลูมิเนียมฟอยล์ทดสอบแรงดึงความเครียด. - โค้งความเครียด

รูปที่ 6 แผนผังแผนภาพการแตกหักของชิ้นส่วนเสา

มะเดื่อ 7 เป็นความเครียดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ก) ขั้วลบและ (ค) ขั้วบวกของการทดสอบแรงดึง - โค้งความเครียดที่สรุปความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบของแผ่นลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ไฟฟ้าตามข้อมูลการทดสอบและการใช้งานของชิ้นส่วนเสาเหล่านี้เหมาะสมกับรูปแบบของ 2. ในการคำนวณการคำนวณของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้ศึกษาสมบัติเชิงกลของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของมะเดื่อ 7 (ก) และลบ (c) ความเครียดแรงดึงในเชิงบวก. - โค้งความเครียดและส่วนประกอบรูปแบบความสัมพันธ์ชิ้นเสาเหมาะสม

3, การทดสอบการบีบอัด

เมื่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุโลหะสมบัติเชิงกลทดสอบแรงดึงและกำหนดไว้ในสูตรที่เกี่ยวข้องในการทดสอบการบีบอัดที่พื้นใช้ แต่ภาระอัดแกนเดียวถูกนำไปใช้ตัวอย่างรัฐความเครียดของนุ่ม ค่าสัมประสิทธิ์ของอย่างมีนัยสำคัญมากกว่ารัฐยืดเพื่อให้บางส่วนของวัสดุที่ใช้ในการทดสอบแรงดึงของการแตกหักเปราะ (เช่นเหล็กหล่อสีเทา, เซรามิก, โลหะผสมอสัณฐาน ฯลฯ ) ก็เป็นไปได้ในการทดสอบการบีบอัดที่จะแสดงในระดับหนึ่งของการเสียรูปพลาสติกหรือแสดงสูง ความแข็งแรง. ดังนั้นในการศึกษาของการเปลี่ยนรูปและการแตกหักของวัสดุเปราะมีแนวโน้มที่จะใช้ทดสอบการบีบอัดในขณะที่การวัดความแข็งแรงและความเหนียวของมัน

ในการศึกษาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสาชิ้น constitutive สมการเพื่อความเข้าใจที่สมบูรณ์มากขึ้นของคุณสมบัติทางกลของชิ้นเสาชิ้นเสาทำในขณะที่ยืดมักจะไปชิ้นเสาทำแบบทดสอบการบีบอัดมะเดื่อ. 8 เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ก) ความเครียดเชิงลบและ (ค) การบีบอัดการทดสอบในเชิงบวกอิเล็กโทร - โค้งความเครียดและความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบรูปแบบเสากระชับชิ้นส่วนชิ้นส่วนเสาสร้างตามแรงดึงและเสาชิ้นอัดข้อมูลการทดสอบการทดลองรูปแบบที่เป็นส่วนประกอบแล้วรูปแบบ ใช้เพื่อศึกษาพฤติกรรมการแตกหักของชิ้นส่วนขั้วในกระบวนการประกอบแบตเตอรี่การทดลองและผลการเปรียบเทียบการจำลองจะแสดงในรูปที่ 9

มะเดื่อ 8 เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ก) ขั้วลบและ (ค) การทดสอบในเชิงบวกอัดความเครียด - โค้งความเครียดและรูปแบบความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบที่เหมาะสมชิ้นเสา

รูปที่ 9 การทดลองและการจำลองสถานการณ์พฤติกรรมการแตกหักของชิ้นขั้วในกระบวนการประกอบแบตเตอรี่

4, การทดสอบการดัด

ความเครียดสูงสุดผิวตัวอย่างเวลาปฏิกิริยาสามารถละม่อมดัดทดสอบวัสดุข้อบกพร่องผิวคุณสมบัติของพื้นผิวและขั้นตอนการเสริมสร้างความเข้มแข็งใช้ในการศึกษาพื้นผิวทั่วไป. มะเดื่อ. 9 แสดงมุมมองวงจรของการโหลดและการโก่งโหลดโค้งบันทึกจุดร่วมกันทดสอบการดัด, มะเดื่อ ค่าความเครียดที่สอดคล้องกับเส้นประคือความแข็งแรงของแรงดัดหรือความโค้งของวัสดุ

รูปที่ 10 แผนภาพแผนภาพของเส้นโค้งการเบี่ยงเบนโหลดของการทดสอบการดัดการโหลดและบันทึก

5, เปลือกการทดสอบ

ความแข็งแรงของเปลือกของสารเคลือบผิวเป็นหน่วยพื้นที่ระหว่างการเคลือบและเคลือบปอกเปลือกออกจากพื้นผิวของวัสดุฐานลงบังคับที่จำเป็น. มันเป็นผลการดำเนินงานการเคลือบการตรวจสอบดัชนีที่สำคัญมาก. หากความแข็งแรงพันธะที่มีขนาดเล็กเกินไปตั้งแต่พระทัย ก่อให้เกิดการลดลงในชีวิตของสารเคลือบผิวที่ทำให้เกิดความล้มเหลวในช่วงต้นที่เกิดจากการเคลือบหนักปอกเปลือกท้องถิ่นปอกเปลือกไม่สามารถใช้

ความต้านทานแรงดึงที่ดีที่สุดของการเคลือบความสามารถของสารเคลือบผิวที่จะทนต่อแรงดึงความเครียดปกติซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดของความแข็งแรงผูกพันของเครื่องมือทดสอบประเมินเคลือบหรืออุปกรณ์ที่ใช้ในชิ้นงานภายใต้แรงดึงตั้งฉากกับพื้นผิวของสารเคลือบผิว จนกว่าตัวอย่างเปิดนั่นคือการกำจัดเคลือบโหลดทำลายเมื่อหมายเหตุตัวอย่างพื้นที่หน้าตัดนอกเหนือไปจากค่าโหลดเพื่อตรวจสอบความต้านทานแรงดึงของสารเคลือบผิว

วิธีทดสอบทั่วไป, ตัดชิ้นส่วนเสาที่ไวต่อแรงกดสองด้านเทปกาว 3M-VHB บนพื้นผิวขั้วพื้นผิวอื่น ๆ ที่ติดอยู่กับแผ่นสแตนเลสแผ่นสแตนเลสและสะสมในปัจจุบันที่แนบมากับสองหนีบของเครื่องยืดแล้ว ตัวอย่างถูกยืดด้วยความเร็วที่แน่นอนและทดสอบการลอกเปลือก 180 องศาเมื่อเก็บเศษอลูมิเนียมอย่างสมบูรณ์ให้แรงที่ตรวจพบคือแรงลอกผิวหลักการทดสอบจะแสดงในรูปที่ 11

รูปที่ 11 แผนภาพการทดสอบความแข็งแรงของผิวเปลือก

1. การทดสอบแรงดึงการทดสอบการบีบอัดการทดสอบการฉีกขาดการทดสอบการฉีกขาดและการทดสอบแรงเฉือนและการดัดสามารถทำได้โดยใช้เครื่องทดสอบสากลสากลที่ควบคุมด้วยไมโครคอมพิวเตอร์

6 ทดสอบขีดข่วน

ในระหว่างการทดสอบขีดข่วนสไตลัสที่ทำจากเพชรหรือวัสดุแข็งอื่น ๆ จะถูกวาดตามแนวเส้นตรงตามพื้นผิวของเคลือบในขณะที่ใช้แรงคงที่หรือเพิ่มขึ้น สไตลัสรวมเคลือบอินเตอร์เฟซการเคลือบหรือผ่านการเคลือบพื้นผิวกับอินเตอร์เฟซ. ระบบการเคลือบและสารตั้งต้นที่จะผลิตเหนียวและกาวความล้มเหลว. ตรวจสอบโดยตรงจากรอยขีดข่วนหลังจากการทดสอบรอยขีดข่วนและการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ข้อมูลจะให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับตัวเคลือบและระบบพื้นผิวเคลือบ

มะเดื่อ 13 เป็นซิลิกอนขั้วลบสองกระบวนการที่แตกต่างกันรอยขีดข่วนภาพ SEM ที่แรงที่แตกต่างกันโดยการศึกษาข้อมูลการทดลองทดสอบรอยขีดข่วนที่สามารถเปรียบเทียบเสถียรภาพของขั้วไฟฟ้าชิ้นส่วนขั้วลบและประสิทธิภาพการทำงานวงจรชีวิตการอนุมานของแบตเตอรี่

รูปที่ 12 แผนภาพการดำเนินงานทั่วไปของเครื่องทดสอบรอยขีดข่วน

ภาพที่ 13 สแกนอิเล็กตรอน micrograph ของรอยขีดข่วนของ anodes ซิลิกอนที่ใช้กับสองกระบวนการที่แตกต่างกันภายใต้โหลดที่แตกต่างกัน