电池组件的机械测试


电池测试

锂离子电池单元、模块和电池组的测试解决方案

随着全球的汽车行业迈向电气化,电池制造商面临着比以往任何时候更快地进行创新和实现增长的巨大压力。Instron 工程师正在与行业领导者密切合作,以满足人们对更小、更轻、更强电池的日益增长的需求。目前面临的挑战包括开发为电池测试应用定制的测试方法和卡件,以及提高 QC 实验室的测试量和效率。作为材料测试行业的全球领导者,Instron 拥有独一无二的优势,可满足世界各地电池测试实验室的需求,并给予能够以当地语言快速响应的当地支持,提供我们的全套服务,包括安装、校准、培训、现场机器升级和任何服务需求,以最大限度地减少停机时间。

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电动汽车电池

电池组件压缩测试




材料和组件测试

电池由各种材料、粘合剂、焊接点和组件结构组成,需要进行全面的测试。除了提供用于电池测试的各种标准夹具和卡件外,Instron 还开发了经专门设计的定制卡件,用于提高电池材料和组件测试的效率和可重复性。我们的工程解决方案团队可适应电池卡件设计的快速周期,以满足特殊需求。

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电池测试应用






隔膜测试

隔膜是锂离子电池以及其他液体电解质电池中的一个重要组成部分。用于这些薄膜的聚合物必须足够结实,以承受组装过程中的缠绕操作以及由于重度使用而导致正极上不均匀分布的电镀锂。更安全、更结实的隔膜材料可更有效地防止正极和负极接触,同时更薄的材料有助于减轻每个电池的重量并提高能量密度。


隔膜穿刺测试

穿刺测试

隔膜的穿刺测试 (EN 14477) 对于确保每个电池单元在整个电池使用寿命中的安全性和持久性至关重要。薄膜必须足够结实,以承受重度使用时形成的枝晶的刺穿。对于该应用,必须确保适当的样品紧固度和上探针的对准。

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隔膜拉伸测试

拉伸测试

拉伸测试用于确保隔膜能够承受电池的制造过程和使用寿命中的所有机械操作。必须确保适当的样品对准、插入和夹持操作,以实现最佳的可重复性和测试量,并避免在测试前可能损坏样品。测试类似于 ASTM D882。

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摩擦系数测试

摩擦系数测试

紧绕会在隔膜和电极涂层之间产生机械负载,因此必须了解两个表面之间的摩擦系数。充分了解摩擦系数后,可确保在生产中进行正确的缠绕操作。

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通过冲击落锤测试系统进行的电池测试

冲击事件的抗穿刺性测试

选择的隔膜材料对于电池完整性至关重要,因为任何机械性能问题都会增加内部短路的可能性,从而导致热失控。对于选择具有最佳性能的材料以及减少厚度和重量的附加目标,冲击事件的抗穿刺性测试非常重要。

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自动化薄膜测试

自动化测试

Instron 的自动化系统将电池测试的效率提升到全新水平。随着电池产量不断提高,测试量和效率对于满足市场需求至关重要。针对每种应用使用自动化系统和推荐的设备,可解放操作员,同时最大限度地提高测试量,保持最佳结果。

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电极测试

最常见的一种电池失效模式是由于电极材料的涂层从集电器上开裂或分层引起的。这种开裂或分层通常因电池的持续充放电以及使用期间承受的机械负载导致。要确保电池在其预期使用寿命结束之前不会失效,必须了解电极的粘附强度和持久性。


180° 剥离测试

180° 剥离测试

180° 剥离测试是一种常用于确定电极与集电器的粘附强度的方法。凭借剥离装置的机械优势和易对准特性,可使用低力夹具和测压元件完成该测试。最好考虑使用气动夹具和金属基板,以确保在每次测试中实现高测试量和正确 180° 剥离。


90° 剥离测试

90° 剥离测试

与 180° 剥离测试类似,90° 剥离测试是另一种最常用于测试电池中电极粘附力的方法。90° 剥离测试通常比 180° 剥离测试具有稍高的负载,但无需使用基材,因此设置速度更快。将上部气动夹具与适当的电极剥离卡件配对时,可针对该测试的必要剥离力优化测试量和可重复性。


粘性测试卡件

粘性测试

粘性测试已得到研究人员的支持,是另一种用于测试电极与电池集电器的粘附强度的方法。与缓慢地从集电器上剥离电极不同,粘性测试集中于电极的整个预定区域的粘附强度。极快速的数据速率收集与 Instron 的粘性测试卡件相结合,可确保获得最佳结果和测试量。







箔测试

铝箔和铜箔用作电池中的集电器,在传统工艺中需要大量使用。行业力求使用最少的材料来实现每个电池的最佳能量密度,因此必须了解每个箔的机械性能,以确保电池的安全性和持久性。随着箔变得更长、更薄和更宽,需要改进技术来解决随之而来的起皱和撕裂问题。验证和保持这种材料的机械性能对于优化电池生产至关重要。


箔样品的拉伸测试

拉伸测试

标准拉伸测试是用于确定铝箔和铜箔样品机械性能的最合适的方法。侧操作的气动夹具可为这些大容量材料提供恒定压力和快速测试量。正确的样品对准对于可重复性和测试前的样品保护至关重要,因为薄箔可能会受到夹具内的轻微错位的影响。


自动化拉伸测试

自动化测试

随着电池产量不断提高和材料变得更薄,测试量和效率对于满足市场需求至关重要。使用自动化系统和推荐的设备,可满足人们对更薄、更宽和更长箔样品的需求,并可解放操作员,同时最大限度地提高测试量,保持最佳结果。







焊接点测试

锂离子电池和其他液体电解质电池需要在电极、接线片、外壳和电池单元之间进行许多焊接。必须了解最常见的失效模式以及每个焊接点的强度,以确定电池的使用寿命。每个焊接点必须承受车辆或设备内部带来的机械负载,这可能在一段时间内磨损焊接点。例如,电动汽车会不断行驶和振动,必须在焊接点的设计和质量方面考虑该因素。


接线片-电池帽焊接点测试

圆柱形电池焊接点测试

圆柱形电池在组装过程中需要进行多次焊接,包括负极接线片到电池帽、正极接线片到罐底,甚至是接线片到接线片的单独焊接。所有这些都需要适当的对准和夹持解决方案,以获得高测试量和可重复的结果。


凝胶卷-母线焊接点测试

棱柱形电池焊接点测试

棱柱形电池中的大部分焊接点位于每个集电器的负极/正极接线片之间,以及母线或罐身内部。所有位置都可能发生故障,必须检查以确保稳定性和耐用性。


用于母线拉伸测试的定制手动夹紧台

软包电池焊接点测试

软包电池将正极或负极接线片以及已焊接到电池端子的接线片焊接在一起。此外,软包电池还拥有需要测试的母线焊接点。正确的卡件和样品对准,以及适用于不同尺寸的通用解决方案非常重要。







附加测试

随着越来越多的组件和材料被引入电池行业,需对每种设计的质量、强度、安全性和持久性方面的许多其他特性进行测试。


燃料电池的膨胀测试/压缩测试

膨胀测试

电池在充放电过程中的膨胀是一个需要测试的重要特性。一些电池已知在循环过程中具有最小程度的膨胀和收缩。然而,棱柱形电池和软包电池已知会出现显著的膨胀和收缩,因此必须对其进行表征,以确保每个电池单元的正确使用和安全性。


通过温度试验箱进行堆压缩测试

堆压缩测试

堆压缩测试可用于最好地复制电池寿命期间真实的压力和机械滥用情况。







推荐的测试系统






通用测试系统

可为通用测试系统配备大量的配件,以执行针对强度和静态特性的基本测试。这些配件是低速(1 - 600 毫米/分钟)单调测试的理想选择。
 

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垂直冲击测试系统

冲击测试系统

落锤系统用于以中高速度施加和测量冲击负载(通常是穿刺或点压痕)。单次冲击测试将根据入射速度和能量(1-24 米/秒;最高达 1800J)进行控制。

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疲劳测试系统

疲劳测试系统

这些机器能够承受疲劳状态和高达 100 Hz 的循环负载(超过 1 米/秒的瞬态运动,或 40G 加速度),适用于需要中低力强度的测试,但也可用于静态测试。

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伺服液压高速率测试系统

伺服液压高速率测试系统

这些高度专业化的测试系统能够在高达 25 米/秒的速度及强力条件下执行测试,通常用于确定材料在发生碰撞时具有的性能。这些测试系统也可用于穿刺和挤压测试。

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HDT 维卡测试系统

HDT 维卡测试系统

这些测试设备用于表征塑料材料在高温下的性能,以及测量其热变形温度 (HDT) 和维卡软化温度。
 

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自动化测试系统

自动化测试系统

从自动样品测量设备到全自动系统的测试设备的自动化程度越来越高,这有助于整个电池行业的实验室更有效地处理不断增长的测试量。
 

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