Evaluation of the Temperature Dependency of Tensile Strength of Electrode Materials for Lithium- Ion Batteries

Význam tématu

Mechanické vlastnosti kovových fólií použitých jako elektrody v lithiových iontových bateriích významně ovlivňují spolehlivost a životnost baterií. Znalost závislosti pevnosti a tažnosti těchto materiálů na teplotě je klíčová při výrobě a zpracování elektrod, které během výrobního procesu i provozu procházejí různými tepelnými režimy.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje postup hodnocení teplotní závislosti mezní pevnosti a deformace tří typů kovových fólií (A1N30, A1070, C1100) používaných jako sběrače proudu pro elektrody lithium-iontových baterií. Cílem bylo provést tažné zkoušky při teplotách 25 °C, 100 °C a 180 °C a vyhodnotit změny mechanických charakteristik.

Použitá metodika a instrumentace

Pro testování byly použity následující přístroje a příslušenství:

• Univerzální zkušební stroj Precision Universal Testing Machine AGS-V se 500 N snímačem síly
• Pneumatické ploché upínky pro fólie (1 kN) s úpravou povrchu proti prokluzu
• Kompaktní termostatická komora TCE-N300A řízená softwarem TRAPEZIUM X-V
• Testovací rychlost 10 mm/min, počáteční předsíla 0,5 N, upínací vzdálenost 100 mm
• Tři opakování pro každý materiál a teplotu

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky potvrdily pokles mezní pevnosti se vzrůstající teplotou pro všechny tři materiály:

• A1N30: z 179 MPa (25 °C) na 102 MPa (180 °C)
• A1070: z 146 MPa (25 °C) na 89,1 MPa (180 °C)
• C1100: z 499 MPa (25 °C) na 134 MPa (180 °C)

Zároveň došlo ke zvýšení celkové deformace při přetrhu u materiálů A1N30 a A1070 při 100 °C a 180 °C a výrazně u C1100 při 180 °C. Závěr naznačuje, že vyšší teplota umožňuje materiálům vyšší tvárnost, ovšem na úkor pevnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Realistické hodnocení mechanických vlastností fólií v reálných teplotních podmínkách výrobních procesů
• Porovnání materiálů na základě teplotní odolnosti při zpracování a montáži baterií
• Optimalizaci volby sběračů proudu pro konkrétní aplikace vyžadující odolnost vůči tepelným cyklům

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metodiky o:

• Studium dynamických tepelných cyklů a jejich vlivu na únavové chování fólií
• Integraci technik in situ sledování mikrostruktury během zkoušky
• Rozšíření palety testovaných materiálů o pokovované a nanostrukturované fólie

Závěr

Prokázalo se, že teplota výrazně snižuje pevnost kovových fólií používaných ve výrobě lithium-iontových baterií, zatímco jejich tažnost se zvyšuje. Spojení univerzálního zkušebního stroje AGS-V s termostatickou komorou TCE-N300A a přesnými pneumatickými upínkami poskytuje spolehlivou platformu pro hodnocení mechanických vlastností v širokém teplotním rozsahu.

Reference

• Matsushita T. Evaluation of the Temperature Dependency of Tensile Strength of Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries. Shimadzu Application News, First Edition Jul. 2025.