Prüfung der Haftfestigkeit von Elektrodenbeschichtungen bei Lithium-Ionen Batterien

Die Lebensdauer von Lithium-Ionen Batterien für die Elektromobilität ist eng mit der Haftfestigkeit der Elektrodenbeschichtung auf dem Substrat verknüpft. Um deren mechanische Anbindung bereits vor deren eigentlichen Nutzung prognostizieren zu können, wird ihre Haftfestigkeit an der TU Braunschweig mit einer Testmaschine von Zwick geprüft. Einer der Hauptgründe, weshalb für die Zugversuche an den Elektroden eine Allround Line Prüfmaschine von Zwick eingesetzt wird, ist deren schnelle synchrone Messwerterfassung von 2.000 Hz. Dazu Bastian Westphal, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Partikeltechnik in Braunschweig: „Dieser Wert liegt deutlich über dem bisherigen Standard im Markt und ist ein zentraler Punkt bei Abrissversuchen. Denn bei der Ablösung der Elektrodenbeschichtung vom Substrat handelt es sich um einen sehr kurzwegigen und damit schnellen Prozess, für dessen präzise Bestimmung eine möglichst hohe Erfassungsrate notwendig ist.“

Die neue Serie der Allround-Line Prüfmaschinen mit einem Kraftbereich von 5 bis 250 kN ist für individuelle Prüfaufgaben in unterschiedlichen Anwendungen konzipiert. Signifikante Änderungen im Vergleich zum Vorgängermodell betreffen Fahr- und Sockeltraverse, Getriebe und Taktzeiten sowie Auflösung und Ansteuerung. So wurde nicht nur die Steifigkeit der 5 bis 20 kN Maschine auf 66 kN/mm erhöht, auch die Auflösung der Traverse, die durch den Einsatz eines Hiperface Motorfeedbacksystems verbessert wurde, ist um dem Faktor 2 besser als die im Markt erzielten Werte. Ähnliches gilt für die Positionier- und Rückfahrgeschwindigkeiten, die um mindestens 50 Prozent verbessert wurden.
Die digitale Ansteuerung des ebenfalls neuen und wartungsfreien AC-Antriebs erfolgt über EtherCAT. Ein Feldbus, der aufgrund seiner Zykluszeiten unter 100 µm und einem geringen Jitter ideal für Echtzeitanforderungen ist. Zwick ist der erste Hersteller, der diesen Bus in einer solchen Prüfmaschine einsetzt.

Das Herzstück der Prüfmaschine ist die neue Mess-, Regel- und Steuerelektronik testControl II. Sie basiert auf der Erfahrung aus 12.000 installierten testcontrol-Elektroniken und bietet dem Anwender eine uneingeschränkte Gewährleistung, unabhängig von der Maschinenlaufzeit. Hinzu kommt die große Flexibilität aufgrund unterschiedlicher Module, standardisierter Schnittstellen sowie einem 2-kanaligen Sicherheitskreis.