Bestimmung der Haftfestigkeit von aufgedampften, metallischen Dickschichten auf Polymersubstrat

Abstract

Inaktivkomponenten in der Batterieherstellung, wie z. B. Stromsammler, Separator oder die Kontaktierungstaps rücken zunehmend in den Fokus der Forschung. Der Wechsel zu leichteren und günstigeren Materialien ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten. In diesem Zusammenhang wird auch das Potential von Verbundstromkollektoren näher betrachtet. Dabei handelt es sich um Polymerfolien, die beidseitig mit 0,5 µm bis 1,5 µm dicken Aluminium- oder Kupferschichten metallisiert sind. Als Verbundmaterial müssen dabei im Vergleich zu konventionellen, metallischen Stromkollektoren zusätzliche Materialeigenschaften betrachtet werden. Dazu gehört vor allem die Haftfestigkeit der metallischen Beschichtungen auf den Folien. Es muss ausgeschlossen werden, dass durch wechselnde mechanische Beanspruchungen oder chemische Wechselwirkungen (z.B. mit dem Elektrolyten) in der Li-Ionen-Batteriezelle Delaminationen auftreten und sich die Metallisierung ablöst. Dazu ist eine quantitative Methode zur Bestimmung der Haftfestigkeit notwendig. Nur so kann eine Korrelation zwischen der Haftfestigkeit und dem Verhalten in der Zelle hergestellt werden. Bisherige Versuchsmethoden decken den Anwendungsfall von beidseitig metallisierten Polymersubstraten als Stromkollektorfolie jedoch nicht ab. Aus diesem Grund werden in dieser Studie Prüfverfahren zur Bestimmung der Haftfestigkeit, die bereits in Normen spezifiziert werden, zur Bewertung der Haftfestigkeiten der Verbundfolien adaptiert und bewertet. Die betrachteten Verfahren umfassen Schälversuche, Stirnabzugs- und Zugschertests, welche hinsichtlich ihrer Eignung zur Beurteilung der Haftfestigkeit von Verbundstromkollektoren evaluiert werden. Dabei werden Verbundfolien mit unterschiedlicher Schicht- sowie Substratdicke und variierendem Beschichtungsmaterial berücksichtigt, sodass die Sensitivität der Verfahren zur Bestimmung der Haftfestigkeit aufgelöst und darauf aufbauend deren Eignung zur Charakterisierung der Verbundfolien bewertet werden kann

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