AGS-V, Zugfestigkeitsprüfung

Bewertung der Temperaturabhängigkeit der Zugfestigkeit von Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Vorteile für den Benutzer

Eine thermostatische Kammer ermöglicht die Messung der Zugfestigkeit unter realen Temperaturbedingungen.
Pneumatische Flachgreifer für Folien ermöglichen es, die Schwankungen der Greifkraft zu reduzieren und die Testbedingungen zu stabilisieren.
Durch die Verwendung einer Wägezelle mit einem größeren Genauigkeitsbereich als bei einer herkömmlichen Wägezelle ist es möglich, hochpräzise
Tests auch mit einer geringen Prüfkraft.

Einführung
Lithium-Ionen-Batterien spielen aufgrund ihrer hohen Energiedichte und hervorragenden Ladeeffizienz eine wichtige Rolle in verschiedenen elektronischen Geräten. Um die Batterieleistung zu verbessern, werden Batteriematerialien und Verarbeitungsmethoden aktiv entwickelt. Eine der Bewertungsmethoden für mechanische Eigenschaften ist die Festigkeitsmessung. Das Metall (Stromabnehmer), das in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, wird während des Herstellungsprozesses einer Zugkraft ausgesetzt. Die Bewertung der Temperaturabhängigkeit ist erforderlich, da das Metall während der Herstellung auch Wärme ausgesetzt ist. In dieser Application News wird ein Arbeitsablauf vorgestellt, der aus der Bewertung der Zugfestigkeit von Metallfolien besteht, die als Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Die Tests wurden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, um die Temperaturabhängigkeit der Zugfestigkeit zu bewerten. Das verwendete Gerät wird ebenfalls beschrieben.

Apparat
Tabelle 1 zeigt die Konfiguration des Prüfgeräts. In diesem Versuch wurde die Präzisions-Universalprüfmaschine AGS -V verwendet, auf der pneumatische Flachgreifer für Folien montiert wurden. Diese Spannzeuge reduzieren den Schwung der Spannflächen und ihre Oberflächen sind in speziellen Formen bearbeitet. Dadurch wird bei der Prüfung einer Folienprobe die Gefahr eines Bruchs der Probe im eingespannten Bereich verringert. Diese Pneumatik-Probenhalter ermöglichen es, Proben zu montieren und die Spannkraft bei jeder Prüfung konstant zu halten. Zur Einstellung der Prüfraumtemperatur wurde die Kompakt-Thermokammer TCE-N300A verwendet. Sie kann mit der Prüfmaschinen-Betriebssoftware TRAPEZIUM X-V bedient werden. Diese Software kann sowohl die Kammer als auch die Prüfmaschine auf demselben Bildschirm steuern. Diese Funktion verbessert den Komfort des Systems. Abb. 1 zeigt das Gesamtbild des Prüfgeräts, und Abb. 2 zeigt die Spannzeuge und eine Folienprobe.

Testbedingungen
Tabelle 2 enthält Informationen über die Proben und die Prüfbedingungen. In diesem Versuch wurden 3 Arten von Metallen (A1N30, A1070, C1100) getestet. Die Temperaturbedingungen waren Raumtemperatur, 100 °C und 180 °C.

Test Ergebnisse
Tabelle 3 und Tabelle 4 zeigen die Prüfergebnisse, und Abb. 3 bis Abb. 5 zeigen die s-s-Kurven. Diese Kurven zeigen eine der drei repräsentativen Proben. Die durchgezogene Linie gilt für Raumtemperatur, die gepunktete Linie für 100 °C und die gestrichelt gepunktete Linie für 180 °C. Der Dehnungswert wurde unter Verwendung des Abstands zwischen den Klemmen als anfängliche GL berechnet. Die in Tabelle 3 und den Abbildungen 3 bis 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die Festigkeit aller Materialien mit steigender Temperatur abnimmt. Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, war die Bruchdehnung von C1100 bei 180 °C sowie von A1N30 und A1070 bei 100 °C und 180 °C tendenziell größer als bei Raumtemperatur.

Test Ergebnisse
An drei Arten von Metallfolien, die als Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, wurden in der Thermostatkammer TCE-N300A Zugversuche mit dem AGS-V durchgeführt. Die Prüfergebnisse zeigen, dass die Festigkeit bei allen Materialien mit steigender Temperatur tendenziell abnimmt. Die Bruchdehnung nahm bei 180 °C für C1100 und bei 100 °C und 180 °C für A1N30 und A1070 tendenziell zu. Pneumatische Flachspannzeuge für Folien ermöglichen die Durchführung von Prüfungen ohne Bruch oder Abrutschen der Probe am eingespannten Teil. Mit dieser Messung lässt sich die Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von Metallfolien, die als Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, leicht ermitteln. Es wird erwartet, dass sie zur Lösung von Problemen wie der Materialauswahl und den Verarbeitungsmethoden für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden kann.