AGS-V, Kompressionstest

Temperaturabhängigkeit der Durchstichfestigkeit von Separatoren

Vorteile für den Benutzer

Die Festigkeit kann unter realen Temperaturbedingungen mit Hilfe einer Thermokammer gemessen werden.
Es wird eine einfache Befestigungsmethode mit Muttern verwendet, so dass die Probe leicht installiert und aus der Vorrichtung entfernt werden kann.
Mit dem AGS-V können Festigkeitsprüfungen bequem und mit hoher Präzision durchgeführt werden.

Einführung

Lithium-Ionen-Batterien werden in einer Vielzahl von Bereichen der modernen Gesellschaft eingesetzt, z. B. in Mobiltelefonen, Notebooks und Elektrofahrzeugen, und die hohe Energiedichte und lange Lebensdauer dieser wichtigen Technologie unterstützen unseren Lebensstil. Eine der wichtigsten Fragen bei der Entwicklung dieser Technologie ist die Gewährleistung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Insbesondere der Separator in der Batterie verhindert Kurzschlüsse, indem er Kathode und Anode physisch voneinander trennt, und spielt daher eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des normalen Betriebs der Batterie. Wenn der Separator beschädigt ist, können Kathode und Anode in direkten Kontakt kommen und einen Kurzschluss verursachen. Kurzschlüsse führen zu einer schnellen Erhitzung der Batterien, was zu Bränden und Explosionen führen kann. Da die Beschädigung des Separators durch verschiedene externe Faktoren wie Dendriten (dendritische Kristalle), mechanische Stöße und Überlastungen verursacht werden kann, ist die Bewertung dieser Faktoren der Schlüssel zur Verbesserung der Sicherheit. Bei der Durchstoßprüfung, die häufig zur Bewertung der Festigkeit von Abscheidern eingesetzt wird, werden die Haltbarkeit und die Festigkeitseigenschaften quantitativ gemessen, indem eine Last mit konstanter Geschwindigkeit auf einen Abscheider aufgebracht und das Auftreten von Durchstoßversagen gemessen wird. In diesem Artikel wird ein Beispiel für die Durchführung von Durchstoßtests am Separator einer Lithium-Ionen-Batterie unter Variation der Umgebungstemperatur vorgestellt.

Ausrüstung Konfiguration

Die Gerätekonfiguration ist in Tabelle 1 dargestellt. Die Prüfung wurde mit der Präzisions-Universalprüfmaschine AGS-V und einer Vorrichtung zum Durchstechen von Kochsäcken durchgeführt. Diese Vorrichtung wird einfach mit Muttern befestigt, so dass die Proben leicht ein- und ausgebaut werden können. Die Tests wurden in einer Kammer mit einer käfigartigen Vorrichtung durchgeführt. Bei Prüfungen in einer Thermokammer ist die Vorrichtung über eine lange Stange verbunden, so dass die Möglichkeit besteht, dass sich die Vorrichtung aufgrund der Druckbelastung verbiegt. Bei der Käfigvorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Durchführung von Druckversuchen, bei denen die Last aufgebracht wird, wenn die Vorrichtung in Zugrichtung betätigt wird (Abb. 1). Die Druckversuche werden durchgeführt, indem der blaue Teil nach oben bewegt wird, während der grüne Teil fixiert ist. Daher können die Tests durchgeführt werden, ohne dass es zu einem Ausknicken aufgrund der Belastung kommt. Die Prüfbedingungen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Tests wurden an 3 Arten von Abscheidern verschiedener Hersteller unter 3 Temperaturbedingungen durchgeführt. Durch das Aufbringen einer Vorlast von 0,1 N und die Einstellung der Position des Hubursprungs konnten die Tests mit guter Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Abb. 2 zeigt die Präzisions-Universalprüfmaschine AGS-V mit dem TCE-N300A und der montierten Prüfvorrichtung.

Test Ergebnisse

Beispiele für die Ergebnisse der Durchstichprüfung sind in Abb. 3 dargestellt. Die horizontale Achse gibt den Hub an, die vertikale Achse die Prüfkraft; die Kurven mit durchgezogener Linie (rot) gelten für Raumtemperatur, die Kurven mit gestrichelter Linie (blau) für 60 °C und die Kurven mit gestrichelter Linie (grün) für 90 °C. Eine Zusammenfassung der Prüfergebnisse ist in Abb. 3 dargestellt. Die Festigkeit der Abscheider aller Hersteller nahm bei höheren Temperaturen ab. Tabelle 4 zeigt die berechneten Festigkeitswerte bei jeder Temperatur, wobei die Festigkeit bei Raumtemperatur mit 100 % angenommen wird. Bei 90 °C nahm die Festigkeit bei allen Herstellern um etwa 50 % ab, wobei das Produkt von Unternehmen A bei 60 °C nur eine geringe Abnahme der Festigkeit aufwies.

Schlussfolgerung

Die Durchstoßtests wurden an den Abscheidern bei verschiedenen Umgebungstemperaturen in einer thermostatischen Kammer durchgeführt. Für die Vorrichtung zum Durchstechen von Kochbeuteln wurde eine einfache Befestigungsmethode mit Muttern gewählt, so dass die Proben leicht in die Vorrichtung eingesetzt und aus ihr entfernt werden konnten.