AGX-V, Aplicații speciale

Evaluarea proprietăților de rezistență în funcție de temperatură ale separatorului bateriei litiu-ion prin perforare și testare prin tracțiune

Introducere

Celulele secundare litiu-ion, denumite și baterii reîncărcabile (denumite în continuare "baterii litiu-ion"), sunt utilizate pe scară largă ca surse de energie pentru terminale informatice și produse electronice de larg consum etc. datorită densității energetice și tensiunii ridicate a celulelor. Recent, rata de răspândire tot mai mare a acestora în domenii de aplicații casnice generale, inclusiv vehicule hibride și electrice, este destul de evidentă și pare evident că cererea va continua să crească în viitor. Deoarece bateriile litiu-ion pot deveni uneori instabile din cauza unui scurtcircuit, a încărcării și descărcării excesive, a unui impact etc., o varietate de mecanisme de protecție sunt încorporate la nivelul componentelor bateriei pentru a asigura siguranța. Dintre aceste părți componente, separatorul bateriei litiu-ion previne contactul dintre electrozii pozitiv și negativ, jucând în același timp rolul de distanțiere care permite trecerea ionilor de litiu. Totuși, acesta îndeplinește și funcția de prevenirea creșterii temperaturii bateriei din cauza curentului excesiv în cazul unui scurtcircuit. Deoarece separatorul bateriei litiu-ion este așezat astfel încât să vină în contact cu suprafețele rugoase ale terminalelor pozitive și negative, este necesară o rezistență mecanică ridicată. Această rezistență mecanică trebuie menținută chiar și în cazul unei creșteri a temperaturii, care este comună într-o anumită măsură, de exemplu, în timpul încărcării bateriei. Prin urmare, am efectuat măsurători de străpungere și testare la tracțiune a separatorului pentru a evalua modificările de rezistență în funcție de schimbările de temperatură. Acest document prezintă exemple reale ale acestor teste.

Supliment)
În ceea ce privește separatorul bateriei litiu-ion, exemplele de evaluare anterioare au fost, de asemenea, prezentate în știrile de aplicații T146 "Măsurarea separatorului în bateria litiu-ion" și i229 "Abordare cu mai multe fațete pentru evaluarea separatoarelor bateriei litiu-ion".

Test Piercing

Eșantioanele au constat în separatoare îndepărtate de la două baterii litiu-ion (cilindrice) utilizate în dispozitive electrice mici și am măsurat modificările caracteristicilor de perforare datorate modificărilor temperaturii mediului. Fig. 1 prezintă o imagine de ansamblu a condițiilor de testare, iar tabelul 1 prezintă detaliile condițiilor de testare.

 

Tabelul 1 Condiții de încercare (încercare de perforare)
Tabelul 1 Condiții de încercare (încercare de perforare)
Fig. 2 prezintă curba forță - deplasare, iar tabelul 2 prezintă forța maximă și deplasarea maximă în funcție de temperatură. Comparând rezultatele testelor la 25 °C și 60 °C, este evident că nu există o diferență mare în ceea ce privește forța maximă, dar deplasarea maximă este mai mare la 60 °C. Comparând valorile caracteristice la 60 °C și 90 °C, scăderea forței maxime este evidentă la 90 °C, dar valoarea deplasării maxime este aproximativ aceeași. Din cele de mai sus, se poate presupune că, la 60 °C, nu există nicio scădere a rezistenței separatorului bateriei litiu-ion, în ciuda creșterii aparente a proprietății sale de alungire.
Fig. 2 Rezultatul testului (testul de perforare)
Fig. 2 Rezultatul testului (testul de perforare)
Tabelul 2 Rezumatul rezultatelor (testul de perforare)
Tabelul 2 Rezumatul rezultatelor (testul de perforare)

Test de tracțiune

Separatoarele utilizate pentru testele de tracțiune au fost îndepărtate din baterii litiu-ion disponibile în comerț (de formă pătrată), astfel încât au fost utilizate 2 tipuri de probe (denumite în continuare probe (1) și (2)) care conțineau PE (polietilenă) ca principal constituent. La efectuarea testelor de tracțiune, fiecare eșantion de separator (așa cum se arată în Fig. 3(a)) a fost modelat în specimene în formă de halteră orientate în direcțiile lungimii și lățimii fiecărui separator, așa cum se arată în Fig. 3(b). Lungimea totală a tuturor specimenelor a fost de 35 mm, secțiunea paralelă măsurând 10 (L) × 2 (l) mm

Fig. 3 Eșantioane de testare
Fig. 3 Eșantioane de testare
Tabelul 3 Condiții de încercare (încercare de tracțiune)
Tabelul 3 Condiții de încercare (încercare de tracțiune)

Tabelul 3 prezintă condițiile de încercare la tracțiune care au fost utilizate.
Fig. 4 și Fig. 5 prezintă curbele tensiune - deformare pentru direcția lățimii și, respectiv, a lungimii probei (1).
Fig. 6 și Fig. 7 prezintă curbele tensiune - deformare pentru direcția lățimii și, respectiv, a lungimii probei (2).
Tabelul 4 prezintă valorile de încercare ale proprietăților mecanice obținute la fiecare temperatură.

Fig. 4 Rezultatele testelor (proba (1), direcția lățimii
Fig. 4 Rezultatele testelor (proba (1), direcția lățimii
Fig. 5 Rezultatele testelor (proba (1), direcția longitudinală)
Fig. 5 Rezultatele testelor (proba (1), direcția longitudinală)
Fig. 6 Rezultatele testelor (proba (2), direcția lățimii)
Fig. 6 Rezultatele testelor (proba (2), direcția lățimii)
Fig. 7 Rezultatele testelor (proba (2), direcția longitudinală)
Fig. 7 Rezultatele testelor (proba (2), direcția longitudinală)
Tabelul 4 Rezumatul rezultatelor testului de tracțiune
Tabelul 4 Rezumatul rezultatelor testului de tracțiune
La fiecare dintre probe, s-a observat o rezistență mai mică la tracțiune și o alungire mai mare în direcția lățimii decât în direcția lungimii. Comparând cifrele din tabelul 4, rezistența la tracțiune pe lungime pentru eșantionul (1) este de aproximativ 5 ori mai mare decât rezistența la tracțiune pe lățime a eșantionului (1). De asemenea, deformația la rupere pentru eșantionul (1) în direcția longitudinală este mai mică cu aproximativ un factor de 15 decât cea a eșantionului (1) în direcția lățimii. Din rezultatele de mai sus, se presupune că acest separator (eșantionul ( 1 )) a fost fabricat prin tragere uniaxială în direcția longitudinală. Rezistența la tracțiune în sensul lățimii pentru eșantionul (2) este de aproximativ două ori mai mare decât cea a eșantionului (1), iar deformația la rupere este mult mai mică. Tendința similară cu cea a eșantionului (2) în direcția lățimii este observată în ceea ce privește eșantionul (2) în direcția lungimii. Prin urmare, datorită tendinței de creștere a rezistenței la tracțiune și de scădere a deformării la rupere în cazul probei (2) în direcția longitudinală, se presupune că proba (2) a fost fabricată cu un raport de întindere biaxial scăzut și că raportul de întindere în direcția longitudinală a fost mai mare decât cel în direcția lățimii. Datele obținute cu privire la proprietățile mecanice în funcție de temperatura probei sunt, de asemenea interesante. La compararea deformării la rupere și a rezistenței la tracțiune a probei la 25 °C și 60 °C, chiar dacă valoarea deformării la rupere a crescut cu un factor de 2 ca urmare a creșterii temperaturii de testare la 60 °C, a existat doar o ușoară scădere a rezistenței la tracțiune. În mod similar, atunci când se compară valorile de măsurare a proprietăților fizice la 60 °C și 90 °C, deformarea la rupere a prezentat aceeași tendință de creștere semnificativă ca și atunci când valorile au fost comparate la 25 °C și 60 °C. Cu toate acestea, în acest caz, valoarea rezistenței la tracțiune prezintă o scădere semnificativă. Din cele de mai sus, este evident că separatoarele pentru baterii litiu-ion utilizate în acest test mențin o rezistență mecanică excelentă la 60 °C, în ciuda caracteristicilor sale de alungire ridicate. Sunt necesare specificații de rezistență mecanică ridicată pentru separatoare pentru a rezista la schimbările de temperatură din celulă. Aici, după cum reiese clar din rezultatele testelor de străpungere și tracțiune ale separatoarelor pentru baterii litiu-ion sub controlul temperaturii atmosferice, proprietățile mecanice ale separatoarelor pentru baterii litiu-ion pot fi evaluate în mod fiabil utilizând Shimadzu Precision Universal Tester AG-X cu gama sa abundentă de accesorii.

Distribuie acest articol

Mașini pentru aplicații speciale

Alte aplicații

Pictograma meniului din dreapta