Uma célula de bateria de lítio-íons é composta por diferentes componentes e materiais os quais estão expostos a uma série de estresses nas diferentes funções. Portanto, na produção os materiais e matérias primas são submetidos nas diferentes etapas de fabricação a estresses eletromecânicos, térmicos e mecânicos para comprovarem sua resistência a tais estresses. A ZwickRoell oferece para cada requisito soluções de ensaio para células de bateria de lítio-íons, módulos de bateria e conjuntos de bateria.
Diferentes materiais são utilizados: Material de elétrodos em filme de alumínio e de cobre, separadores de polímeros (PE ou PP), revestimentos de elétrodos de grafite ou titanato, revestimentos de óxido de lítio, carcaça em base de alumínio (carcaças sólidas ou folhas laminadas), etc.
É necessária por ex. a determinação de tensões de tração, resistência à dobragem, resistência ao rasgamento, forças de cisalhamento, resistência de costura de selagem, aderência, resistência à perfuração, elasticidade, tensão térmica ou resistência à compressão. Adicionalmente, alguns componentes devem ser aprovados em ensaios funcionais como por ex. forças de cisalhamento em bornes ou resistências à perfuração de válvulas de segurança de células prismáticas ou simples verificação da resistência dos cordões de solda de condutores.
Uma célula de lítio-íons deve ser compreendida em seu ciclo de desempenho. Desta forma, a consideração da deformação mecânica da célula por expansão (Swelling) no processo de recarga possui um papel importante para projetar os arredores da célula de bateria. Outros desafios: Resistência à temperatura sobre uma ampla faixa de temperatura (-40 °C até +120 °C), resistência a vibrações, cargas cíclicas assim como processos de envelhecimento por influências eletroquímicas.
Ensaio de filmes de elétrodos
O ensaio de filmes de elétrodos para baterias de lítio-íons é feito no ensaio de tração ou no ensaio de puncionamento.
Requisito de ensaio
● Ensaios de tração são realizados em todos os materiais tipo filme de uma célula de bateria. Aqui são testados principalmente filmes de alumínio e de cobre, separadores de polímeros ou materiais de filme para funções de proteção como por ex. em células Pouch quanto à resistência à tração e deformação. Dependendo da área de aplicação, os filmes podem ter espessuras de filme < 10µm e devem permitir o ensaio seguro e repetível em máquinas para ensaios de materiais. É importante para a determinação exata das características de materiais a centralização vertical da amostra, a fixação cautelosa e a determinação sem contato da extensão por meio de extensómetro de vídeo ou de laser. Atenção especial requerem os filmes de lítio visto que sua resistência à tração somente pode ser determinada em no ambiente inerte. Para tal são necessárias câmaras especiais de gás de proteção, preparação das amostras e manipulação das amostras.
● Os invólucros de células Pouch são compostos por um conjunto de camadas laminadas. Elas são firmemente soldadas uma com a outra para garantir a estabilidade estrutural a a estanqueidade definida da célula. No ensaio da costura de selagem no ensaio de tração são determinadas as forças máximas de tração.
● Filmes separadores isolam o ânodo e o cátodo eletricamente com a permeabilidade simultânea para os lítio-íons. O separador deve impedir o curto-circuito durante todo o ciclo de vida da célula. No ensaio de puncionamento é determinada a capacidade de resistência da película a indentadores definidos.