锂电用铜箔中抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率检测方案(万能试验机)

SSL-CA20-216Excellence in Science Excellence in ScienceAGX-006 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.-Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cnTel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn 对铜箔拉伸试验及应变研究 AGX-006 摘要：本文介绍使用岛津 AGX-V 1kN 电子万能试验机、TRViewX 视频引伸计、500 N箔材专用夹具，参照标准《GB/T5230-1995电解铜箔拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率试验》、《SJ/T 11483-2014锂离子电池用电解铜箔》、 《YB/T 4334-2013金属箔材室温拉伸试验方法》，对铜箔试样进行拉伸试验的示例。评估铜箔的抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等力学性能，使用了视频引伸计来精确测量样品变形，样品变形相关数据更加精确、可靠。可为产品开发、品质管理、制造工艺设定、性能鉴别等提供可靠数据。 关键词： Autograph 精密万能试验机铜箔 拉伸试验 弹性模量 电解铜箔是覆铜板 (CCL)及印制电路板(PCB)、锂离子电池制造的重要的材料。锂电池主要结构为正极、负极和电解液。锂电池正极集流体本般采用铝箔，负极集流体一般采用铜箔。 锂电池用铜箔，厚度通常在7-20 um 之间。锂电铜箔厚度越小，意味着电池的重量将越轻、更小的电阻，电池的性能也将得到提升。因此，减轻电池上铜箔的质量，降低铜箔原材料成本，同时提供更高的能量密度，成为动力锂电池用铜箔关键。未来锂电池铜箔向着缺陷少、光洁度高、强度高、延展性好、更加轻薄的方向发展。 实验部分 1.1仪器与夹具 AGX-V 1kN 电子万能试验机 500N气动箔材专用夹具 1.2分析条件 试验温度：室温25℃左右 载荷传感器：1000N订((0.5级) 夹具气压：0.4-0.6(MPa) 本篇报告参照国家与行业标准对铜箔试样拉伸试验的示例，GB标准要求： 1.量程1000N，精度优于1级拉力试验机； 2.样品宽度15±0.1(mm)，长度约 200 mm条状试样； 3.夹具间的初始距离为125±0.1(mm)，试验速度为50±10(mm/min)。试样中间划线 50 mm 作为为标距； 4.评价结果：拉伸强度、断裂延伸率、弹性模量等。 试验中使用 TRViewX 视频引伸计测量样品变形，并能录制整过试验过程，可回放查看样品实时受力状态下的画面。 ( 岛津TRViewX 视频引伸计 ) ( TRAPEZIUMX软件(单一试验) ) 试验速率：1.875mm/min (YB/T 4334-2013 要求，与 GB/T 228.1-2010同) 夹具间距离：125mm 标距：50mm 本次试验，选取国内主流铜箔生产商的厚度为6um/8 um两组铜箔，(长X宽为180X15(mm)的长条状样品。见下图1)；每组样品各测试5件。表1是试样的信息。 图1 铜箔样品图 表1 试样信息 试样 锂电池铜箔 试样名 1组铜箔 2组铜箔 厚度 6um 8um 宽度 15mm 15 mm 标距 50mm 50 mm 夹具间距 125 mm 125 mm 试验介绍 使用 AGX-V 1kN 电子万能试验机和 TRViewX 视频引伸计对铜箔进行了拉伸试验(图2.测试系统构成与夹具样品特写)以1.875 mm/min 的横梁位移速度进行断裂试验。样品为厚度8 um与6 um铜箔，不适合使用接触式引伸计测量变形，此次试验使用岛津TRViewX视频引伸计(因样品变形量较小，使用120mm单镜头。)，通过摄像头识别、跟踪样品上的标线(试验前使用标线笔绘制)，与试样不接触，精度0.5级，可以测量从弹性区域至塑性区域全部变形，连续测量，直至样品断裂。) 图2 测试系统构成与夹具、样品特写 结果与结论 3.1试验结果 图3为拉伸试验曲线图(左图为位移-载荷图、右图为应变-应力图)：，左图为拉伸载荷与拉伸变形的对应曲线(变形数据由视频引伸计提供。)；右图为应力(试验力除以试样横截面积所得值)和应变(延伸长度除以标距长度所得值)之间的关系。 图3 拉伸试验曲线图(位移-载荷图、应变-应力图) 表2为铜箔拉伸试验数据统计表，包括有弹性模量、拉伸强度(载荷、应力)和断裂点应变。从这些结果可以看出，同一种材料，8 um 样品的弹性模量与抗拉强度要均略高于6um样品，表明铜箔的厚度越薄，材料的均匀性会降低、缺陷率有所增加。在保证铜箔各项性能指标的基础上来减少铜箔的厚度，是铜箔材料研发与工艺改进的重点。每组的5个样品的各种数据比较稳定，变化量不大，表明同批次样品的均一性好、测试系统稳定可靠。 表2 拉伸试验结果 试样 弹性模量 最大点_载荷 最大点_应力 断裂点_ 应变 (GPa) (N) (MPa) (%) 6um-1 90.59 27.425 304.724 3.205 6um-2 93.93 27.222 302.471 2.230 6um-3 91.45 27.481 305.348 3.461 6um-4 93.82 27.443 304.925 3.625 6um-5 94.20 27.598 306.648 3.945 平均值 92.80 27.434 304.823 3.293 标准差 1.66 0.136 1.513 0.652 8um-1 91.53 37.028 308.569 2.101 8um-2 95.20 37.226 310.218 2.327 8um-3 96.60 37.735 314.459 4.757 8um-4 94.57 37.619 313.492 3.816 8um-5 90.16 37.571 311.091 4.404 平均值 93.62 37.436 311.966 3.481 标准差 2.67 0.297 2.403 1.207 结论 综上所述，使用岛津的电子精密万能试万机配合 TRViewX 视频引伸计、500N气动箔材专用夹具，可以满足标准《GB/T 5230-1995电解铜箔拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率试验》、 《SJ/T 11483-2014 锂离子电池用电解铜箔》、 《YB/T 4334-2013金属箔材室温拉伸试验方法》要求，可精确、全面测取铜箔的各项力学数据，数据稳定可靠。这对于铜箔产业与锂电行业的技术发展非常重要，能够为铜箔的产产研发、品质管理，以及该行业的标准化、规范化提供数据支持与技术保障。 岛津应用云 锂电池用铜箔，厚度通常在7-20μm之间。锂电铜箔厚度越小，意味着电池的重量将越轻、更小的电阻，电池的性能也将得到提升。未来锂电池铜箔向着缺陷少、光洁度高、强度高、延展性好、更加轻薄的方向发展。本篇报告参照国家与行业标准对铜箔试样拉伸试验的示例，试验中使用TRViewX视频引伸计测量样品变形，并能录制整过试验过程，可回放查看样品实时受力状态下的画面。