1 Prehľad štrukturálnych komponentov buniek batérie štvorcových škrupín
Komponenty buniek batérie štvorcových škrupín hrajú rozhodujúcu úlohu v lítiových batériách. Hlavne zohráva úlohu pri prenose energie, pri prenášaní elektrolytov, ochrane bezpečnosti, upevňovania a podporných batérií a dekoratívny vzhľad. Má priamy vplyv na bezpečnosť, tesnenie a energetickú účinnosť lítiových batérií.
Z hľadiska podielu na trhu podľa príslušných údajov dosiahne veľkosť trhu čínskych lítiových štrukturálnych komponentov v roku 2024 52,6 miliárd juanov, medziročný nárast o 86. 2%. Spomedzi nich konštrukčné komponenty štvorcových batérií už dlho obsadili hlavný trh s konštrukčnými komponentmi, čo predstavuje 90,7%, zatiaľ čo valcové konštrukčné komponenty batérie predstavujú iba 9,3%. Je to hlavne kvôli rýchlemu rozvoju nového trhu s energetickými vozidlami v Číne so silnou podporou národných politík, čo vedie k výraznému zvýšeniu výrobnej kapacity a počtu batérií na objednávku podnikov s batériou. Štvorcové batérie sú vhodnejšie pre tento rozsiahly výrobný dopyt.
Štrukturálne komponenty buniek batérie štvorcových škrupín sa zvyčajne skladajú zo škrupiny a krycej dosky. Výroba škrupiny je relatívne jednoduchá, hlavne využívajúca technológiu kontinuálneho napínania, všeobecne s použitím oceľových alebo hliníkových škrupín, s vysokou štrukturálnou pevnosťou a silnou schopnosťou odolať mechanickým zaťažením. Zložitosť výrobného procesu krycej dosky je zvyčajne omnoho vyššia ako zložitosť škrupiny a jej hlavné funkcie zahŕňajú funkciu fixácie/tesnenia, funkciu vedenia prúdu, funkciu reliéfu tlaku, funkciu ochrany poistiek a redukcia funkcie elektrickej korózie. Napríklad laserom zvára horný kryt do hliníkovej škrupiny, zabalenie a upevnenie holých batériových buniek a dosiahnutie tesniaceho účinku; Horný krycí stĺp, kus adaptéra a ucho bunky batérie sú zvárané, aby sa zabezpečila vodivosť nabíjania a vypúšťania prúdu batérie; Keď batéria zažije abnormalitu a zvyšuje sa vnútorný tlak vzduchu, ventil odolný voči výbuchu na hornom kryte sa otvorí, aby sa uvoľnil tlak a znížil riziko výbuchu.
Komponenty buniek batérie štvorcových škrupín zohrávajú v lítiových batériách nevyhnutnú a dôležitú úlohu a ich vyhliadky na trh sú čoraz viac široké pri vývoji nových energetických vozidiel a trhov na skladovanie energie.
2 typy a funkcie štrukturálnych komponentov
(1) škrupina
Škrupina ako dôležitá súčasť štruktúry bunkovej batérie štvorcových škrupín hrá rozhodujúcu úlohu pri fixovaní, ochrane, utesnení a rozptyle tepla. Škrupina slúži ako bariéra medzi aktívnymi látkami vo vnútri batériovej bunky a vonkajším prostredím v celom jeho životnom cykle, upevňuje vnútorný elektrochemický systém a zabezpečuje stabilnú štruktúru bunky batérie v rôznych prostrediach. Pokiaľ ide o ochranu, škrupina vydrží určité mechanické zaťaženia, aby sa zabránilo poškodeniu externých nárazov poškodenia batériových buniek. Funkcia tesnenia zaisťuje, že elektrolyt netesne a udržiava normálny pracovný stav batérie. Zároveň môže škrupina tiež pomôcť rozptýliť teplo, rozptýliť teplo generované počas prevádzky batérie a zlepšiť bezpečnosť a servisnú životnosť batérie.
Výrobný proces škrupiny zahŕňa hlavne rezanie surovín, presný nepretržitý hlboký výkres, rezanie, čistenie, sušenie a testovanie. Medzi nimi je technológia presnosti nepretržitého napínania ťažkosti pri výrobe škrupiny. V tomto procese je potrebné zabezpečiť rovnomernosť hrúbky steny a zabrániť zlomeninám. V porovnaní s konvenčnými jednorazovými pečiatkami je presné nepretržité napínanie ťažšie a jeho základné bariéry ležia vo formách a napínacích zariadeniach. Vysoko kvalitné formy a pokročilé napínacie zariadenia môžu zabezpečiť rozmerovú presnosť a stabilitu výkonu škrupiny.
(2) krycia doska
Krycia doska hrá rozhodujúcu úlohu v štrukturálnych komponentoch buniek batérie štvorcových škrupín s funkciami, ako je pripojenie, izolácia, tesnenie a prevencia výbuchu.
Oceľový uzáver je umiestnený v hornej časti krycej dosky a má vysokú pevnosť. Pri vystavení vonkajším silám sa ľahko deformuje a hrá úlohu pri ochrane hliníkového hárku odolného voči výbuchu. Je tiež súčasťou pripojenia balenia medzi batériami. Tesnenie je umiestnené na vonkajšom okraji krycej dosky, izoluje kovové časti vo vnútri kompozitného uzáveru z oceľovej škrupiny batérie, ktorý poskytuje izoláciu, aby sa zabránilo vnútorným skratom v batérii a tiež slúži ako tesnenie po zapečatení batérie. Komponenty proti výbuchu sa používajú hlavne na napájanie a zmiernenie tlaku v prípade preťaženia batérie, aby sa zabránilo výbuchom spôsobeným vysokým vnútorným tlakom batérie. Pozostávajú z izolačných krúžkov, hliníkových listov odolných voči výbuchu a spájajúcich hliníkových listov. Medzi nimi je hliníkový hliník odolný voči výbuchu umiestnený v strede krycej dosky a je základnou zložkou, ktorá určuje kritický tlak na odpojenie a uvoľňovanie obvodu. Keď vnútorný tlak batérie dosiahne určitú hodnotu, automaticky praskne a uvoľňuje tlak, čím sa zabezpečí bezpečnosť používania batérie; Prepojovací hliníkový list je umiestnený v spodnej časti krycej dosky a je pripojený k hliníkovému hliníkovej vrstve odolnou výbuchom cez laserové zváranie. Keď je batéria v nebezpečnom stave, je odpojená od hliníkového hliníka odolnej voči výbuchu; Izolačný krúžok sa nachádza v spojení medzi hliníkovým listom a hliníkom odolným hliníkom, ktorý hrá úlohu pri izolácii a izolácii.
Výrobný proces krycích dosiek je zložitejší ako proces škrupín, najmä vrátane vyplavovania a vstrekovania, inšpekcie komponentov, povlaku lepidla, ponorenia asfaltu, tvarovania okrajov, bodového zvárania, zostavy komponentov, bodového zvárania, montáže hotových výrobkov, inšpekcie a skladovania. Proces testovania zahŕňa testovanie tlaku odolného voči výbuchu, testovanie tesnenia hélia, testovanie vnútorného odporu a testovanie odporu. Zložitejšie prepojenia vo výrobnom procese sú pečiatky a zváranie, vrátane pečiatku oceľovej čiapky, pečiatkovania hliníkového plechu odolného výbuchu, pripojenia hliníkového plechu, pečiatkovania tesniacich krúžkov, pečiatku izolačného krúžku, zvárania trenia počas inštalácie pólu, laserového zvárania atď.
(3) Kus prepojenia batérie
Link batérie hrá dôležitú spojovaciu úlohu v module napájania batérie. Väčšinou prijíma metódu viacvrstvových kompozitných materiálov, kde jedna vrstva materiálu je spojovacia vrstva medzi konektorom a pólom, aby sa zabezpečil výkon zvárania. Skladaním viacerých vrstiev materiálov je možné zabezpečiť vodivosť spojovacieho kusu. Substrát pripojenia sa spracováva a tvorí stohovaním viacerých vrstiev fólie, ktorá môže tvoriť flexibilnú plochu, ktorá kompenzuje posun spôsobený rozširovaním jadra napájania a zníženia nárazu na rozhranie s nízkou pevnosťou. Konektory modulov napájania batérie sú všeobecne obdĺžnikové, lichobežníkové, trojuholníkové, tvarované plošiny atď. Povrch pripojenia sa vkladá s 0. Počas zvárania je povrch náchylný na oxidáciu a sfarbenie pri vysokých teplotách a je potrebné leštenie a čistenie bez poškodenia povrchového povlaku produktu.
3 Analýza konštrukčného prípadu
(1) Návrh nového ventilu výbuchu
V novom type štruktúry bunky batérie štvorcových škrupín je ventil odolný voči výbuchu nastavený na opačnej strane pozitívnych a negatívnych pólov a smeruje k zemi, čo prináša mnoho výhod. Po prvé, v rámci tohto rozloženia nie je potrebné rezervovať priestor odolný voči výbuchu v hornej časti batériovej bunky, čo výrazne ukladá vnútorný priestor plášťa batérie. Podľa príslušných výskumných údajov môže tento návrh zvýšiť objemovú hustotu energie. Po druhé, v praktických aplikáciách, ak produkt stratí kontrolu v dôsledku vysokej teploty, výbuch ventilu odolného voči výbuchu nepoškodzuje pre personál kabíny a kabíny vodiča, čím účinne eliminuje osobné riziká.
Napríklad v praktických aplikáciách nových energetických vozidiel môže tento nový typ štruktúry bunkovej batérie štvorcových škrupín poskytnúť vodičom a cestujúcim vyššie bezpečnostné záruky.
(2) integrovaný dizajn
V niektorých prípadoch výrobných metód pre bunkové štruktúry batérií štvorcových škrupín, kvapalné doštičky, prípojnice a vzorkovacie postroje sú navrhnuté integrovaným spôsobom. Tento návrh má významné výhody. Na jednej strane môžu kvapalinové schladené dosky rýchlo znížiť teplotu buniek batérií, čím sa zabezpečí, že fungujú vo vhodnom teplotnom rozsahu, čím sa zlepší ich výkon a životnosť. Napríklad pri skutočnom testovaní môžu bunky štvorcových škrupín s použitím integrovaných kvapalinových ochladzovaných dosiek znížiť svoju teplotu v porovnaní s tradičnými návrhmi pri nepretržitej prevádzke s vysokým zaťažením. Na druhej strane integrovaný dizajn znižuje počet komponentov, zjednodušuje procesy inštalácie a zlepšuje efektívnosť výroby. Medzitým môže integrovaný dizajn tiež znížiť celkové náklady a zvýšiť konkurencieschopnosť výrobkov na trhu.
(3) Štruktúra zostavy uší s plným pólom
Dizajn pružiny karty v štruktúre batérií s batériou s plným pólom uší je jedinečná a dômyselná. Kartová pružina sa skladá z prvého plochého taniera a druhej plochej dosky a má štruktúru v tvare V vyrobenú z elastického kovového materiálu. Tento dizajn má významné výhody pri spájaní pólového ucha a krycej dosky. Po prvé, pružina karty v tvare V využíva svoju vlastnú odrazovú silu na stlačenie obidvoch strán k krycej doske a povrchu uší pólu, čím sa dosiahne účel elektrického pripojenia. Účinok elastickej sily vedie k zlepšeniu kontaktnej vodivosti medzi rozhraniami. Pokiaľ existuje elastická sila, existuje táto vodivosť, takže sa dá vyhnúť zváraciemu spojeniu, čím sa znižuje ťažkosti montáže. Po druhé, vodivú plochu prierezu na pružine karty závisí od oblasti prierezovej oblasti spojenia medzi prvou doskou a druhou doskou, ktorá je väčšia v porovnaní s spojením konvenčných adaptérov a zváracích bodov.
(4) Návrh pevnej štruktúry
Pevná štruktúra pre bunky batérie štvorcových škrupín a výrobná metóda pre puzdrá na batériu majú vysokú praktickú hodnotu. Tento dizajn obsahuje kombináciu podvozku batérie, uzáveru vrchnej batérie a balenia. Podvozok batérie je vybavený prvým slotom na upevnenie batérie, ktorý je kompatibilný s spodnou časťou bunky batérie štvorcových škrupín, ktorá môže pevne uprostred spodnej časti štvorcovej batérie. Horná upevňovacia čiapka batérie je vybavená druhou drážkou pripevnenou batériou, ktorá je kompatibilná s hornou časťou bunky batérie štvorcových škrupín, ktorá pevne upína hornú časť štvorcovej škrupinovej batérie. Nakoniec sa obalová páska umiestni na podvozok batérie a horný upevňovací uzáver batérie, čím tvorí jednu konštrukciu upevňovacej batérie. Okrem toho je box batérie vybavený komponentmi proti sklzu a hornou upevňovacou doskou. Zložka proti sklzu obsahuje posuvné koľajnice umiestnené na oboch stranách krytu modulu batérie a obmedzujúce rebrá umiestnené v spodnej časti krytu batérie, ktoré môžu obmedziť pevnú štruktúru každej batérie a zabrániť jej traseniu. Upevňovacia doska hornej časti sa môže rozobrať a pripojiť k vonkajšiemu plášti boxu na modul batérie, ktorá môže tvoriť kompresiu a fixáciu v hornej časti niekoľkých konštrukcií upevňovacích batérií. Táto konštrukcia zlepšuje pevnú bezpečnosť buniek batérie štvorcových škrupín a poskytuje spoľahlivú záruku pre aplikáciu batérií na ukladanie energie.
4 Zhrnutie konštrukčných bodov
Konštrukcia štrukturálnych komponentov batérií štvorcových škrupín vyžaduje veľa kľúčových bodov, ktoré hrajú rozhodujúcu úlohu pri zlepšovaní bezpečnosti a výkonu lítiových batérií.
(1) Návrh utesnenia vstrekovacieho portu
Návrh tesnenia vstrekovacieho portu priamo súvisí s bezpečnostnou a servisnou životnosťou batérie. Klinca na tesnenie vstrekovacieho portu navrhnutý spoločnosťou CATL pozostáva z kovovej časti a gumovej časti, s rušením do kontaktu s otvorom vstrekovania. Vstrekovacia diera má prestávku a gumová časť tesniaceho klinec má výčnelok, ktorý sa dá zapojiť do prestávky. Táto konštrukcia môže ochladiť montáž pri nízkych teplotách, účinne zabrániť tvorbe kovových húb a častíc a dosiahnutie spoľahlivého utesnenia vstrekovacieho otvoru. Zároveň môže gumová časť zabrániť tomu, aby kovové hrebeniny a častice padli do puzdra batérie, čím sa zabezpečil bezpečnostný výkon batérie. Prijatie mechanickej štruktúry tesnenia bez potreby laserového zvárania je proces jednoduchý a môže výrazne znížiť náklady.
(2) Pozitívny a negatívny dizajn pólu
Pozitívny pól sa zvyčajne vyrába z hliníkového pólu a negatívny pól je vyrobený z hliníkového zloženého pólu meďnatého, ktorý hrá hlavne úlohu pri súčasnom vedení. V batérii sú horný kryt stĺp, kus adaptéra a bunkové ucho zvárané a pripojené, aby sa zabezpečila kontinuita nabíjania a vypúšťania prúdu bunky; V module je horný kryt stĺp laserom zváraný a zaskrutkovaný do prípojnice, aby sa vytvoril séria/paralelné pripojenie. Okrem toho môže priame spojenie hliníkového obalu a pozitívneho pólu eliminovať potenciálny rozdiel medzi nimi a zabrániť korózii hliníkového škrupiny.
(3) Zvýšte rezistenciu kladného stĺpca pólu
Odpor medzi pozitívnou elektródou a hliníkovou škrupinou je veľmi malý na úrovni Milliohm. Ak sa v batérii vyskytne skrat, prúd obvodu je vysoký, čo môže ľahko spôsobiť zapaľovanie a viesť k požiaru batérie, čo predstavuje výrazné bezpečnostné riziko. V súčasnosti sa medzi horným krytom hliníkového plášťa zvyčajne pridáva vodivý plast alebo karbid kremíka, aby sa zvýšil odpor vodivosti medzi hliníkovým škrupinou a pozitívnym pólom. Časy Ningde tiež navrhli termistor PTC medzi pozitívnym pólom a horným krytom listom, ktorý využíva charakteristiku jeho odporu meniacu sa s teplotou na rýchle spotrebovanie vnútornej energie batérie, keď sa vyskytuje vonkajší skrat v elektrickej batérii, čím sa zabráni tepelnému nárazu spôsobenému nadmerným teplom na odpor. Nielenže sa vyhýba problému malých odporov ľahko topenia, ale tiež sa vyhýba problému topenia batérie alebo roztavenia odporu spôsobeného vysokou teplotou.
(4) Návrh dosiek odolných voči výbuchu a preklopenia
Všeobecne platí, že horné obálky batérií fosforečnanu lítium železa prijíma jeden dizajn ventilu odolného výbuchu a úvodný tlak ventilu odolného výbuchu je všeobecne 0. 4 ~ 0. 8MPA. Keď sa vnútorný tlak zvyšuje a prekračuje úvodný tlak ventilu odolného voči výbuchu, ventil odolný voči výbuchu praskne z zárezu a otvorí sa na zmiernenie tlaku. Okrem používania ventilov odolných voči výbuchu majú ternárne systémové batérie aj kombinovaný dizajn flip dosiek SSD. Úvodný tlak ventilu odolného výbuchu a tlaku otáčania SSD sú všeobecne {{1 0}}. 75 ~ 1. 0 5MPA a 0,45 ~ 0,5MPa. Keď sa vnútorný tlak batérie zvyšuje na tlak na preklopenie SSD, otáčanie sa zdvihne a rýchlo odreže prúd. Zároveň sa topí poistka hliníka, ktorá spája poistku, čo spôsobuje priamy skrat kladného a negatívneho pólu horného krytu, ktorý rýchlo odrezal prúd.
Konštrukčné body štrukturálnych komponentov batérie štvorcových škrupín zahŕňajú utesnenie vstrekovacieho portu, návrh pozitívnych a negatívnych stĺpcov pólov, zvýšenie odporu kladného stĺpca pólu a návrh dosiek odolných voči výbuchu a vyhodenia. Tieto konštrukčné prvky spolupracujú na zlepšení bezpečnosti a výkonu lítiových batérií.