动力电池测试解决方案
电池单体、模块和电池包解决方案
随着电动汽车、消费电子产品、储能和工业应用对先进电池的需求不断增长，电池制造商面临着对安全性、性能、可靠性和生产效率日益增长的要求。Instron 为电池材料、部件、电池单体、模块、电池包和成品设备提供测试解决方案。我们的系统支持从消费电子产品和可穿戴设备到电动汽车和固定式储能的各种应用。
作为材料测试行业的全球领导者，Instron 拥有独特的优势，能够通过本地支持满足全球电池测试实验室的需求，以当地语言快速响应，提供包括安装、标定、培训、现场机器升级以及过程中的任何服务需求在内的全套服务，从而最大限度地减少停机时间。
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电池由各种材料、粘合剂、焊接和部件结构组成，需要进行全面测试。除了我们为电池测试提供的各种标准夹具外，Instron 还开发了定制夹具，专门用于提高电池材料和部件测试的效率和可重复性。我们的工程解决方案团队可以快速完成电池夹具设计，以满足特定需求。
隔膜是锂离子电池以及其他液体电解质电池的关键部件。用于这些隔膜的聚合物必须足够坚固，以承受组装过程中的卷绕操作，以及由于长期使用导致的锂在阳极上的不均匀沉积。更安全、更坚固的隔膜材料可以更有效地防止阳极和阴极之间的接触，而更薄的材料有助于减轻每个电池的重量并提高能量密度。
隔膜的穿刺测试对于确保每个电池在整个生命周期中的安全性和寿命至关重要。隔膜必须足够坚固，以承受长期使用形成的枝晶穿刺。确保适当的试样张力和上探针的对准对于此应用至关重要。测试类似于 EN 14477 和 ASTM F1306。
我们提供手动和气动驱动的穿刺夹具，以满足 EN 14477、ASTM F1306 等标准要求。气动夹具能够确保重复的夹持力和更高的效率。集成到现有系统中就像安装气动夹具一样简单。
紧密卷绕会在隔膜和电极涂层之间产生机械负荷，了解两个表面之间的摩擦系数尤为重要。更好地了解摩擦系数可以确保生产中的适当卷绕过程。通常使用 ISO 8295 和 ASTM D1894-14 作为此项测试的指导。
隔膜材料的选择对电池完整性至关重要，因为任何机械性能问题都可能增加内部短路的可能性，从而导致热失控。测试冲击事件的穿刺阻力对于选择性能最佳的材料至关重要，同时还要实现减少厚度和重量的目标。
Instron 的 自动化系统 为电池测试引入了新的生产力水平。随着电池生产量的持续增加，效率和产能对于满足需求至关重要。将自动化系统与每个应用的推荐设备结合使用可以释放操作人员并最大化产能，同时保持最佳结果。
电池最常见的故障模式之一是由电极材料涂层开裂或从集流体上剥离引起的。这种开裂或剥离通常是由电池在充放电过程中以及使用时的机械负荷造成的。了解电极粘附强度和寿命对于确保电池不会在预期寿命周期结束前失效至关重要。
180° 剥离测试是测定电极与集流体粘附强度的常用方法。借助剥离设置的机械优势和易于对准的特点，这种测试可以使用低载荷夹具和载荷传感器完成。最好考虑使用 气动夹具 和金属基材，以确保高效率并在整个测试过程中保持适当的 180° 剥离。
90° 剥离测试是测试电池电极粘附性的另一种常用方法。90° 剥离测试通常涉及的载荷略高于 180° 剥离测试，并且可以更快地设置，因为通常不需要基材。Instron 针对这种测试最常用的解决方案是 标准 90° 剥离夹具 或专门设计用于测试电极粘附性的 气动剥离夹具。气动 90° 剥离夹具提供了改进的重复性和效率，同时还帮助操作员在 90° 角度保持一致的试样放置和对准。对于上夹具，气动夹具可优化效率和重复性，建议用于测试精密材料。
研究人员支持使用粘着力测试作为测试电池电极与集流体粘附性的另一种方法。与缓慢剥离电极不同，粘着力测试关注预定区域内电极的整体粘附强度。极快的数据采集率与 Instron 的 粘着力测试夹具 相结合，确保了最佳的测试结果和效率。
铝箔和铜箔作为电池的集流体使用，传统上需要大量使用。随着行业努力使用最少的材料来实现每个电池的最佳能量密度，了解每种箔材的机械性能对于确保电池的安全性和寿命至关重要。随着箔材变得更长、更薄、更宽，需要改进的技术来解决可能出现的皱褶和撕裂问题。验证和维持这种材料的机械性能对于优化电池生产至关重要。
标准拉伸测试是确定铝箔和铜箔样品力学性能的最适当方法。气动平推夹具 为这些高测试量材料提供恒定压力和快速效率，适当的试样对准对于重复性和测试前样品保护至关重要，因为薄箔可能受到夹具内微小错位的影响。我们建议使用 精密试样装夹器 来减少测试结果的变异性，同时改善人体工程学和安全性。通常使用 ASTM E345-16 作为此项测试的指导。
随着电池生产量的持续增加和材料变得更薄，效率和产能对于满足需求至关重要。利用自动化系统和推荐设备可以满足对更薄、更宽、更长箔材样品的需求，同时释放操作人员并最大化产能，保持最佳结果。
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锂离子电池和其他液体电解质电池需要在电极、极耳、外壳和电池单体之间进行无数次焊接。了解每个焊接的最常见故障模式和强度对于确定电池寿命至关重要。每个焊接必须能够承受在车辆或设备内部的机械负荷，这些负荷会随时间推移而影响焊接。电池供电产品会受到振动、搬运、运输和操作负荷的影响，这些必须在焊接设计和质量验证中予以考虑。
圆柱电池在组装过程中需要多次焊接，包括阴极极耳与电池盖的焊接、阳极极耳与电池罐底部的焊接，以及极耳与极耳之间的单独焊接。所有这些都需要适当的对准和夹持解决方案，以实现高效率和可重复的结果。
软包电池有焊接在一起的阳极或阴极极耳，以及焊接到电池端子的极耳。此外，软包电池还有需要测试的汇流排焊接。适当的夹具和样品对准，以及适用于不同尺寸的灵活解决方案都很重要。
随着越来越多的组件和材料被引入电池行业，还有无数其他特性需要测试，以确保每种设计的质量、强度、安全性和寿命。
电池在充放电过程中的膨胀是一个需要测试的重要特性。已知一些电池在循环过程中的膨胀和收缩很小。然而，方形电池和软包电池表现出明显的膨胀和收缩，这必须进行表征以确保每个电池的正确使用和安全性。
Instron 的各种压缩压板，配合标准或高精度位移传感器，可以完全表征泡沫材料在载荷下的行为。用户可以使用一组不同尺寸和形状的压缩压板进行静态或循环压缩测试，并同步获取负载和局部位移数据，以测试电池单体、模块、电池包和电子设备组装中使用的泡沫和凝胶。
此外，可以在下压缩压板上添加加热板来控制压缩表面的温度。使用闭环控制器来控制压板温度，并将实际温度读数输出到测试软件。
Instron 用户可以选择手动或气动夹具来执行重要的搭接剪切测试，以表征电池包和模块组装中使用的粘合剂和焊接的结合强度。还可以提供专门的自动化解决方案，根据条形码或测量尺寸提供的搭接剪切试样信息来横向对准夹具。
