Industria de las nuevas energías

Pruebas de baterías de vehículos eléctricos
Soluciones de celdas, módulos y paquetes de baterías para vehículos eléctricos

A medida que la industria automotriz mundial avanza hacia la electrificación, los fabricantes de baterías se ven sometidos a una presión sin precedentes para innovar y evolucionar. Los ingenieros de ITM-LAB están trabajando en estrecha colaboración con los líderes de la industria para satisfacer la creciente demanda de baterías más pequeñas, ligeras y potentes. Los desafíos actuales incluyen el desarrollo de métodos de prueba y accesorios personalizados para aplicaciones de prueba de baterías, así como la mejora del rendimiento y la eficiencia en los laboratorios de control de calidad. Como líder mundial en la industria de pruebas de materiales, ITM-LAB se encuentra en una posición única para satisfacer las necesidades de los laboratorios de pruebas de baterías de todo el mundo, proporcionando un soporte local que responde y está en el idioma local, ofreciendo una gama completa de servicios que incluyen instalación, calibración, capacitación, actualizaciones de máquinas en el sitio y cualquier necesidad de servicio en el proceso para minimizar el tiempo de inactividad.

Pruebas de materiales y componentes
Las baterías constan de una variedad de materiales, adhesivos, soldaduras y estructuras de componentes que requieren pruebas exhaustivas. Además de nuestra amplia gama de mordazas y accesorios estándar para pruebas de baterías, ITM-LAB desarrolla accesorios personalizados diseñados específicamente para mejorar la eficiencia y la repetibilidad en las pruebas de materiales y componentes de baterías. Nuestro grupo de soluciones de ingeniería puede completar rápidamente el diseño de los accesorios de la batería para satisfacer necesidades específicas.

Pruebas de separadores
Los separadores son un componente esencial de las baterías de iones de litio, así como de otras baterías de electrolito líquido. Los polímeros utilizados en estos separadores deben ser lo suficientemente fuertes como para soportar la operación de bobinado durante el ensamblaje y el recubrimiento desigual de litio en el ánodo debido al uso intensivo. Los materiales separadores más seguros y fuertes pueden prevenir de manera más efectiva el contacto entre el ánodo y el cátodo, mientras que los materiales más delgados ayudan a reducir el peso de cada celda y aumentar la densidad de energía.

Pruebas de punción
Las pruebas de perforación del separador son fundamentales para garantizar la seguridad y la longevidad de cada celda durante todo el ciclo de vida de la batería. El separador debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar los pinchazos de las dendritas formadas debido al uso intensivo. Garantizar la tensión adecuada de la muestra y la alineación de la sonda superior es fundamental para esta aplicación. Las pruebas son similares a las normas EN 14477 y ASTM F1306.
Tanto las mordazas de pinchazo manuales como las neumáticas están disponibles para cumplir con normas como EN 14477, ASTM F1306, etcétera. Las mordazas neumáticas garantizan una fuerza de sujeción repetible y un mayor rendimiento. La integración en los sistemas existentes es tan sencilla como instalar mordazas neumáticas.

Ensayos de tracción
Las pruebas de tracción se utilizan para garantizar que el separador pueda soportar todas las manipulaciones mecánicas durante la fabricación y durante la vida útil de la batería. Garantizar la alineación, la inserción y la sujeción adecuadas de la muestra es fundamental para lograr una repetibilidad y un rendimiento óptimos, así como para evitar daños a la muestra antes de la prueba. Recomendamos utilizar un cargador de muestras de precisión para reducir la variabilidad en los resultados de las pruebas y, al mismo tiempo, mejorar la ergonomía y la seguridad. Las pruebas son similares a las normas ASTM D882 e ISO 527-3.

Prueba de coeficiente de fricción
El devanado apretado crea una carga mecánica entre el separador y el recubrimiento del electrodo, por lo que es importante comprender el coeficiente de fricción entre las dos superficies. Una mejor comprensión del coeficiente de fricción garantiza el proceso de bobinado adecuado en la producción. Las normas ISO 8295 y ASTM D1894-14 se utilizan habitualmente como guía para estas pruebas.

Pruebas de resistencia a la perforación a eventos de impacto
La selección de los materiales del separador es fundamental para la integridad de la batería, ya que cualquier problema de rendimiento mecánico puede aumentar la probabilidad de cortocircuitos internos, lo que conduce a una fuga térmica. Las pruebas de resistencia a la perforación a los impactos son fundamentales para seleccionar el material de mejor rendimiento, al tiempo que reducen el grosor y el peso.

Pruebas automatizadas
Los sistemas automatizados de ITM-LAB llevan las pruebas de baterías a un nuevo nivel de productividad. A medida que la producción de baterías continúa aumentando, el rendimiento y la eficiencia son fundamentales para satisfacer la demanda. El uso de sistemas automatizados y equipos recomendados para cada aplicación puede liberar a los operadores y maximizar la producción mientras se mantienen resultados óptimos.

Pruebas de electrodos

Uno de los modos de falla más comunes para las baterías es el agrietamiento o pelado del recubrimiento del material del electrodo del colector de corriente. Este agrietamiento o pelado a menudo es causado por la carga y descarga constante de la batería y las cargas mecánicas de uso. Comprender la fuerza de unión y la longevidad del electrodo es fundamental para garantizar que la batería no falle antes del final de su vida útil esperada.

Prueba de pelado de 180 grados

La prueba de pelado de 180° es un método comúnmente utilizado para determinar la resistencia de la unión del electrodo al colector de corriente. Debido a las ventajas mecánicas y a la fácil alineación del dispositivo de pelado, esta prueba se puede realizar utilizando mordazas de baja fuerza y células de carga. Lo mejor es considerar el uso de mordazas neumáticas y sustratos metálicos para garantizar un alto rendimiento y un pelado adecuado de 180° para cada prueba.

Prueba de pelado de 90 grados
La prueba de pelado de 90° es otro método común para probar la adherencia del electrodo de la batería. La prueba de pelado de 90° generalmente tiene una carga ligeramente más alta que la prueba de pelado de 180° y se puede configurar más rápidamente porque generalmente no requiere un sustrato. Las soluciones más comunes de ITM-LAB para esta prueba son un accesorio de pelado estándar de 90° o un accesorio de pelado neumático diseñado específicamente para probar la adherencia de los electrodos. Los accesorios neumáticos de pelado de 90° proporcionan una mejor repetibilidad y rendimiento, al tiempo que ayudan al operador a posicionar y alinear las muestras de manera consistente a 90°. Para el accesorio superior, las mordazas neumáticas optimizan el rendimiento y la repetibilidad y se recomiendan para probar materiales delicados.

Pruebas de adherencia
Los investigadores apoyan el uso de las pruebas de adherencia como otro método para probar la adherencia del electrodo a la corriente del colector en las baterías. En lugar de despegar lentamente el electrodo del colector de corriente, las pruebas de adherencia se centran en la fuerza de adhesión a través de un área de electrodo predeterminada. La velocidad de adquisición de datos extremadamente rápida, combinada con los accesorios de prueba de adherencia de ITM-LAB, garantiza resultados y rendimiento óptimos.

Pruebas de lámina
Las láminas de aluminio y cobre se utilizan como colectores de corriente en las baterías y tradicionalmente se han utilizado en grandes cantidades. A medida que la industria se esfuerza por utilizar la menor cantidad de material para lograr la mejor densidad de energía en cada batería, comprender las propiedades mecánicas de cada lámina es fundamental para garantizar la seguridad y la longevidad de la batería. A medida que las láminas se vuelven más largas, delgadas y anchas, se necesita una tecnología mejorada para abordar las arrugas y desgarros que pueden producirse. Verificar y mantener las propiedades mecánicas de este material es fundamental para optimizar la producción de baterías.

Ensayos de tracción
La prueba de tracción estándar es el método más apropiado para determinar las propiedades mecánicas de las muestras de papel de aluminio y cobre. Las mordazas laterales neumáticas proporcionan una presión constante y un rendimiento rápido para estos materiales de gran volumen, y la alineación adecuada de la muestra es fundamental para la repetibilidad y la protección de la muestra antes de la prueba, ya que las láminas delgadas pueden verse afectadas por ligeras desalineaciones dentro de las mordazas. Recomendamos utilizar un cargador de muestras de precisión para reducir la variación en los resultados de las pruebas y, al mismo tiempo, mejorar la ergonomía y la seguridad. ASTM E345-16 se utiliza a menudo como guía para esta prueba.

Pruebas automatizadas
A medida que la producción de baterías continúa aumentando, los materiales se vuelven más delgados y el rendimiento y la eficiencia son fundamentales para satisfacer la demanda. El uso de sistemas automatizados y equipos recomendados puede satisfacer la demanda de muestras de lámina más delgadas, más anchas y más largas, al tiempo que libera a los operadores y maximiza el rendimiento mientras mantiene resultados óptimos.

Inspección de soldaduras
Las baterías de iones de litio y otras baterías de electrolito líquido requieren innumerables soldaduras entre electrodos, lengüetas, carcasas y celdas. Comprender los modos de falla más comunes y las fortalezas de cada soldadura es fundamental para determinar la vida útil de la batería. Cada soldadura debe soportar las cargas mecánicas que se encuentran dentro de un vehículo o dispositivo, que pueden desgastar la soldadura con el tiempo. Por ejemplo, los vehículos eléctricos están en constante movimiento y vibración, lo que debe tenerse en cuenta en términos de diseño y calidad de la soldadura.

Pruebas de soldadura de batería cilíndrica
Las baterías cilíndricas requieren múltiples soldaduras durante el ensamblaje, incluida la soldadura de la lengüeta del cátodo a la tapa de la batería, la soldadura de la lengüeta del ánodo al fondo de la lata e incluso soldaduras individuales de pestaña a pestaña. Todo esto requiere soluciones de alineación y agarre adecuadas para obtener un alto rendimiento y resultados repetibles.

Inspección de soldadura de batería prismática
La mayoría de las soldaduras en las celdas prismáticas se encuentran entre las lengüetas del cátodo/ánodo y cada colector de corriente, así como dentro de la barra colectora o la propia lata de la batería. Los fallos pueden producirse en todas las ubicaciones, y se debe comprobar su coherencia y durabilidad.

Pruebas de soldadura de celda de bolsa
Las celdas de la bolsa tienen las lengüetas del ánodo o del cátodo soldadas entre sí y las lengüetas soldadas a los terminales de la batería. Además, las celdas de bolsa tienen soldaduras de barras colectoras que deben probarse. Es importante contar con la alineación adecuada del accesorio y la muestra, así como con soluciones versátiles para diferentes tamaños.

Pruebas adicionales
A medida que se introducen más componentes y materiales en la industria de las baterías, hay muchas otras características que deben probarse para garantizar la calidad, la resistencia, la seguridad y la longevidad de cada diseño.

Pruebas de hinchazón
La expansión de la batería durante la carga y descarga es una característica importante que debe probarse. Es bien sabido que algunas baterías se expanden y contraen solo mínimamente durante el ciclismo. Sin embargo, las celdas prismáticas y de bolsa pueden exhibir una expansión y contracción significativas que deben caracterizarse para garantizar el uso adecuado y la seguridad de cada batería.

Pruebas de compresión de pila
Las pruebas de compresión de pila se pueden utilizar para replicar mejor las fuerzas reales y el abuso mecánico durante la vida útil de una batería

Pruebas de compresión de espuma
La amplia gama de platos de compresión de ITM-LAB, combinada con sensores de desplazamiento estándar o de alta precisión, se puede utilizar para caracterizar completamente el comportamiento de los materiales de espuma bajo carga. Los usuarios pueden usar un conjunto de placas de compresión (disponibles en una variedad de tamaños y formas) para realizar pruebas de compresión estáticas o cíclicas y adquirir datos de carga y desplazamiento local simultáneamente para probar espumas y geles utilizados en ensamblajes de celdas y paquetes de baterías para vehículos eléctricos. Además, se puede agregar una placa calentada al yunque inferior para controlar la temperatura de la cara de la prensa, y se puede usar un controlador de circuito cerrado para controlar la temperatura de la placa calentada y enviar la lectura de temperatura real al software de prueba.

Pruebas de cizallamiento de traslape
Los usuarios de ITM-LAB pueden elegir entre mordazas manuales o neumáticas para realizar la importante prueba de cizallamiento de traslape para caracterizar la fuerza de unión de los adhesivos y soldaduras utilizados en los conjuntos de paquetes de baterías y módulos. También hay disponibles soluciones automatizadas especializadas para alinear las mordazas lateralmente en función de la información de la muestra de corte de solapamiento de los códigos de barras o las dimensiones medidas.

Pruebas ambientales
Los materiales, las células, los módulos y los paquetes se comportan de manera diferente en condiciones ambientales cambiantes. La cámara de pruebas integrada en el marco de pruebas ITM-LAB permite a los usuarios probar sus muestras bajo carga mientras monitorean y controlan el entorno del espacio de prueba.