تجزیه و تحلیل عمیق طراحی اجزای ساختاری برای باتری های لیتیوم پوسته مربع

1 نمای کلی از اجزای ساختاری سلول باتری پوسته مربع

اجزای ساختاری سلول باتری پوسته مربع نقش مهمی در باتری های لیتیوم دارند. این امر به طور عمده در انتقال انرژی ، حمل الکترولیت ، محافظت از ایمنی ، رفع و پشتیبانی باتری ها و ظاهر تزئینی نقش دارد. این تأثیر مستقیمی بر ایمنی ، آب بندی و بهره وری انرژی باتری های لیتیوم دارد.

از منظر سهم بازار ، براساس داده های مربوطه ، اندازه بازار اجزای ساختاری باتری لیتیوم چین در سال 2024 به 52.6 میلیارد یوان می رسد ، که یک سال در سال 5 {5} 2} 2 ٪. در میان آنها ، اجزای ساختاری باتری مربع مدت هاست که سهم اصلی بازار اجزای ساختاری را اشغال کرده اند ، 90.7 ٪ را تشکیل می دهند ، در حالی که اجزای ساختاری باتری استوانه ای تنها 9.3 ٪ را تشکیل می دهند. این امر عمدتاً به دلیل توسعه سریع بازار خودروهای انرژی جدید چین با پشتیبانی شدید از سیاست های ملی است و در نتیجه افزایش قابل توجهی در ظرفیت تولید و تعداد باتری ها در هر سفارش شرکت باتری برق ایجاد می شود. باتری های مربعی برای این تقاضای تولید در مقیاس بزرگ مناسب تر هستند.

اجزای ساختاری سلولهای باتری پوسته مربع معمولاً از یک پوسته و یک صفحه پوشش تشکیل شده اند. ساخت پوسته نسبتاً ساده است ، عمدتاً با استفاده از فناوری کششی مداوم ، به طور کلی با استفاده از پوسته های فولادی یا آلومینیومی ، با استحکام ساختاری بالا و توانایی قوی در تحمل بارهای مکانیکی. پیچیدگی فرآیند تولید صفحه پوشش معمولاً بسیار بالاتر از پوسته است و عملکردهای اصلی آن شامل عملکرد/عملکرد مهر و موم ، عملکرد هدایت جریان ، عملکرد تسکین فشار ، عملکرد محافظت از فیوز و کاهش عملکرد خوردگی الکتریکی است. به عنوان مثال ، لیزر درپوش بالای پوسته آلومینیوم ، بسته بندی و رفع سلولهای باتری لخت و دستیابی به اثر آب بندی را جوش می دهد. قطب پوشش بالا ، قطعه آداپتور و گوش سلول باتری برای اطمینان از هدایت شارژ سلول باتری و تخلیه جریان جوش داده می شود. هنگامی که باتری ناهنجاری را تجربه می کند و فشار داخلی هوا افزایش می یابد ، شیر ضد انفجار روی پوشش بالا برای آزاد کردن فشار و کاهش خطر انفجار باز می شود.

اجزای ساختاری سلول باتری پوسته مربع نقش ضروری و مهمی در باتری های لیتیوم دارند و چشم انداز بازار آنها با توسعه وسایل نقلیه انرژی جدید و بازارهای ذخیره انرژی به طور فزاینده ای گسترده است.

2 نوع و عملکرد اجزای ساختاری

(1) پوسته

این پوسته به عنوان یک مؤلفه مهم ساختار سلول باتری پوسته مربع ، نقش مهمی در رفع ، محافظت ، آب بندی و از بین بردن گرما دارد. این پوسته به عنوان مانعی بین مواد فعال در داخل سلول باتری و محیط خارجی در کل چرخه عمر خود ، رفع سیستم الکتروشیمیایی داخلی و اطمینان از ساختار پایدار سلول باتری در محیط های مختلف عمل می کند. از نظر حفاظت ، پوسته می تواند در برابر بارهای مکانیکی خاصی مقاومت کند تا از آسیب های خارجی به سلولهای باتری جلوگیری شود. عملکرد آب بندی تضمین می کند که الکترولیت نشت نمی کند و وضعیت کار عادی باتری را حفظ می کند. در عین حال ، پوسته همچنین می تواند به از بین رفتن گرما ، از بین بردن گرمای تولید شده در حین کار باتری و بهبود ایمنی و عمر باتری کمک کند.

فرآیند تولید پوسته عمدتاً شامل برش مواد اولیه ، نقاشی دقیق عمیق ، برش ، تمیز کردن ، خشک کردن و آزمایش است. در میان آنها ، فناوری کششی مداوم دقیق مشکل در تولید پوسته است. در این فرایند ، اطمینان از یکنواختی ضخامت دیواره و جلوگیری از شکستگی لازم است. در مقایسه با شکل گیری تمبر یک بار معمولی ، کشش مداوم دقیق دشوارتر است و موانع اصلی آن در قالب ها و تجهیزات کششی قرار دارد. قالب های با کیفیت بالا و تجهیزات کششی پیشرفته می توانند از دقت ابعادی و پایداری عملکرد پوسته اطمینان حاصل کنند.

(2) صفحه پوشش

صفحه پوشش نقش مهمی در اجزای ساختاری سلولهای باتری پوسته مربع با عملکردهایی مانند اتصال ، جداسازی ، آب بندی و پیشگیری از انفجار دارد.

درپوش فولادی در بالای صفحه پوشش قرار دارد و از استحکام بالایی برخوردار است. در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی به راحتی تغییر شکل نمی یابد و در محافظت از ورق آلومینیوم ضد انفجار نقش دارد. همچنین یک مؤلفه اتصال بسته بین باتری ها است. حلقه آب بندی در بیرونی ترین لبه صفحه پوشش قرار دارد و قطعات فلزی را در داخل کلاه کامپوزیت از پوسته فولادی باتری جدا می کند و عایق را برای جلوگیری از مدارهای کوتاه داخلی در باتری فراهم می کند و همچنین پس از مهر و موم باتری به عنوان مهر و موم خدمت می کند. اجزای ضد انفجار عمدتاً در صورت بروز بیش از حد باتری ، برای جلوگیری از فشار و فشار فشار استفاده می شوند تا از انفجارهای ناشی از فشار داخلی زیاد باتری جلوگیری شود. آنها از حلقه های انزوا ، ورق های آلومینیومی ضد انفجار و اتصال ورق های آلومینیومی تشکیل شده اند. در میان آنها ، ورق آلومینیوم ضد انفجار در وسط صفحه پوشش قرار دارد و مؤلفه اصلی است که فشار بحرانی برای قطع و انتشار مدار را تعیین می کند. هنگامی که فشار داخلی باتری به یک مقدار مشخص می رسد ، به طور خودکار فشار می آورد و فشار را آزاد می کند و از ایمنی استفاده از باتری اطمینان می دهد. ورق آلومینیوم اتصال در پایین صفحه پوشش قرار دارد و از طریق جوشکاری لیزر به ورق آلومینیوم ضد انفجار وصل می شود. هنگامی که باتری در وضعیت خطرناکی قرار دارد ، از ورق آلومینیوم ضد انفجار جدا می شود. حلقه جداسازی در اتصال بین ورق آلومینیوم و ورق آلومینیومی ضد انفجار قرار دارد و در انزوا و عایق نقش ایفا می کند.

فرآیند تولید صفحات پوشش پیچیده تر از پوسته ها ، عمدتاً شامل تمبر و قالب گیری تزریق ، بازرسی جزء ، پوشش چسب ، غوطه وری آسفالت ، شکل دهی به لبه ، جوشکاری لکه ، مونتاژ مؤلفه ، جوشکاری نقطه ، مونتاژ محصول نهایی ، بازرسی و انبارداری است. فرآیند آزمایش شامل آزمایش فشار ضد انفجار ، آزمایش آب بندی هلیوم ، آزمایش مقاومت داخلی و آزمایش مقاومت است. پیوندهای دشوارتر در فرآیند تولید ، مهر و موم زدن و جوشکاری است ، از جمله تمبر درپوش فولادی ، مهر ورق آلومینیومی ضد انفجار ، اتصال به ورق آلومینیومی ، مهر و موم حلقه مهر و موم ، مهر و موم حلقه جداسازی ، جوشکاری اصطکاک در حین نصب قطب ، جوشکاری لیزر در حین مونتاژ و غیره.

(3) قطعه لینک ماژول باتری

پیوند ماژول باتری نقش مهمی در ماژول باتری Power دارد. این بیشتر روش مواد کامپوزیت چند لایه را اتخاذ می کند ، جایی که یک لایه از مواد لایه اتصال بین کانکتور و قطب برای اطمینان از عملکرد جوشکاری است. با انباشت چندین لایه از مواد ، هدایت قطعه اتصال را می توان تضمین کرد. بستر صفحه اتصال با انباشت چندین لایه فویل پردازش و تشکیل می شود ، که می تواند یک منطقه انعطاف پذیر را برای جبران جابجایی ناشی از گسترش هسته باتری برق تشکیل دهد و تأثیر آن را در رابط کم قدرت کاهش دهد. اتصالات ماژول های باتری برق به طور کلی مستطیل شکل ، ذوزنقه ای ، مثلثی ، سکو و غیره هستند. در حین جوشکاری ، سطح مستعد اکسیداسیون و تغییر رنگ در دماهای بالا است و بدون آسیب رساندن به پوشش سطح محصول ، جلا دادن و تمیز کردن مورد نیاز است.

3 تجزیه و تحلیل مورد طراحی

(1) طراحی شیر اثبات انفجار جدید

در نوع جدیدی از ساختار سلول باتری پوسته مربع ، دریچه ضد انفجار در طرف مقابل قطب های مثبت و منفی تنظیم شده و رو به روی زمین قرار دارد که مزایای بسیاری به همراه دارد. در مرحله اول ، از طریق این طرح ، دیگر نیازی به رزرو فضای ضد انفجار در قسمت بالای سلول باتری نیست ، و فضای داخلی پوشش سلول باتری را تا حد زیادی ذخیره می کند. براساس داده های تحقیق مربوطه ، این طرح می تواند تراکم انرژی حجمی را افزایش دهد. ثانیا ، در کاربردهای عملی ، اگر محصول به دلیل درجه حرارت بالا کنترل خود را از دست بدهد ، انفجار شیر ضد انفجار هیچ آسیبی به کابین و کابین راننده وارد نمی کند و به طور مؤثر خطرات شخصی را از بین می برد.

به عنوان مثال ، در کاربردهای عملی وسایل نقلیه انرژی جدید ، این نوع جدید ساختار سلول باتری پوسته مربع می تواند ضمانت ایمنی بالاتری را برای رانندگان و مسافران فراهم کند.

(2) طراحی یکپارچه

در بعضی موارد از روشهای تولیدی برای ساختارهای سلول باتری پوسته مربع ، صفحات خنک شده مایع ، اتوبوس و مهار نمونه برداری به روشی یکپارچه طراحی شده است. این طرح مزایای قابل توجهی دارد. از یک طرف ، صفحات خنک شده مایع می توانند به سرعت دمای سلولهای باتری را کاهش دهند و اطمینان حاصل کنند که آنها در یک محدوده دمای مناسب کار می کنند و از این طریق عملکرد و عمر خدمات آنها را بهبود می بخشند. به عنوان مثال ، در آزمایش واقعی ، سلولهای پوسته مربع با استفاده از صفحات خنک شده مایع یکپارچه می توانند دمای خود را در مقایسه با طرح های سنتی تحت عملکرد بار مداوم بالا کاهش دهند. از طرف دیگر ، طراحی یکپارچه تعداد مؤلفه ها را کاهش می دهد ، فرآیندهای نصب را ساده می کند و راندمان تولید را بهبود می بخشد. در همین حال ، طراحی یکپارچه همچنین می تواند هزینه های کلی را کاهش داده و رقابت بازار محصولات را افزایش دهد.

(3) ساختار مونتاژ گوش کامل قطب

طراحی بهار کارت در ساختار سلول باتری پوسته پوسته پوسته کامل قطب منحصر به فرد و مبتکرانه است. چشمه کارت از یک صفحه مسطح اول و یک صفحه مسطح دوم تشکیل شده است و دارای یک ساختار V شکل است که از مواد فلزی الاستیک ساخته شده است. این طرح در اتصال گوش قطب و صفحه پوشش از مزایای قابل توجهی برخوردار است. در مرحله اول ، بهار کارت V شکل الاستیک از نیروی بازگشت خود برای فشار دادن هر دو طرف در مقابل صفحه پوشش و سطح گوش قطب استفاده می کند و به هدف اتصال الکتریکی می رسد. تأثیر نیروی الاستیک برای بهبود هدایت تماس بین رابط ها مساعدتر است. تا زمانی که نیروی الاستیک وجود داشته باشد ، این رسانایی وجود دارد ، بنابراین می توان از جوشکاری جلوگیری کرد و باعث کاهش دشواری مونتاژ می شود. ثانیا ، منطقه مقطع رسانا از چشمه کارت بستگی به سطح مقطع اتصال بین صفحه اول و صفحه دوم دارد که در مقایسه با اتصال آداپتورهای معمولی و نقاط جوشکاری بزرگتر است.

(4) طراحی ساختار ثابت

ساختار ثابت برای سلولهای باتری پوسته مربع و روش ساخت محفظه ماژول باتری از ارزش عملی بالایی برخوردار است. این طرح شامل ترکیبی از شاسی باتری ، کلاه برقی بالا باتری و بند بسته بندی است. شاسی باتری مجهز به اولین شکاف باتری است که با قسمت پایین سلول باتری پوسته مربع سازگار است ، که می تواند پایین سلول باتری پوسته مربع را محکم ببندد. درپوش ثابت باتری مجهز به شیار اصلاح باتری دوم است که با بالای سلول باتری پوسته مربع سازگار است ، که بالای سلول باتری پوسته مربع را محکم بسته می کند. سرانجام ، نوار بسته بندی روی شاسی باتری و درپوش ثابت باتری قرار می گیرد و یک ساختار ثابت بسته باتری را تشکیل می دهد. علاوه بر این ، جعبه ماژول باتری مجهز به اجزای ضد لغزش و صفحه ثابت پارتیشن بالا است. مؤلفه ضد لغزش شامل ریل های کشویی واقع در دو طرف محفظه ماژول باتری و دنده های محدود کننده واقع در پایین محفظه ماژول باتری است که می تواند ساختار ثابت هر باتری را محدود کرده و از لرزش آن جلوگیری کند. صفحه ثابت پارتیشن بالا را می توان از هم جدا کرده و به پوسته بیرونی جعبه ماژول باتری وصل کرد که می تواند یک فشرده سازی و تثبیت در بالای چندین ساختار تعمیر بسته باتری ایجاد کند. این طرح ایمنی ثابت سلولهای باتری پوسته مربع را بهبود می بخشد و ضمانت قابل توجهی را برای استفاده از جعبه های باتری ذخیره انرژی فراهم می کند.

4 خلاصه از نقاط طراحی

طراحی اجزای ساختاری سلول باتری پوسته مربع به نکات کلیدی زیادی نیاز دارد که نقش مهمی در بهبود ایمنی و عملکرد باتری های لیتیوم دارند.

(1) طراحی مهر و موم درگاه تزریق

طراحی آب بندی درگاه تزریق مستقیماً با ایمنی و عمر خدمت باتری مرتبط است. ناخن مهر و موم شده درگاه تزریق که توسط CATL طراحی شده است از یک قسمت فلزی و یک قسمت لاستیکی تشکیل شده است و تداخل در تماس با سوراخ تزریق قرار دارد. سوراخ تزریق دارای شکاف است و قسمت لاستیکی ناخن آب بندی دارای یک برآمدگی است که می تواند در شکاف درگیر باشد. این طرح می تواند مونتاژ را در دماهای پایین خنک کند ، به طور مؤثر از تولید آستانه های فلزی و ذرات جلوگیری کند و به آب بندی قابل اعتماد سوراخ تزریق دست یابد. در عین حال ، قسمت لاستیکی می تواند از سقوط فلزی و ذرات در حالت باتری جلوگیری کند و از عملکرد ایمنی باتری اطمینان حاصل کند. اتخاذ یک ساختار مهر و موم مکانیکی ، بدون نیاز به جوشکاری لیزر ، این روند ساده است و می تواند هزینه ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

(2) طراحی قطب مثبت و منفی

قطب مثبت معمولاً از قطب آلومینیوم ساخته می شود ، و قطب منفی از قطب کامپوزیت آلومینیوم مس ساخته شده است ، که عمدتاً در هدایت فعلی نقش دارد. در باتری ، قطب پوشش بالا ، قطعه آداپتور و گوش سلول جوش داده می شود و به هم وصل می شود تا از تداوم شارژ و تخلیه جریان سلول اطمینان حاصل شود. در ماژول ، قطب بالای پوشش لیزر جوش داده شده و به قسمت اتوبوس پیچیده می شود تا یک سری/اتصال موازی ایجاد شود. علاوه بر این ، اتصال مستقیم پوسته آلومینیوم و قطب مثبت می تواند اختلاف پتانسیل بین این دو را از بین ببرد و از خوردگی پوسته آلومینیوم جلوگیری کند.

(3) مقاومت ستون قطب مثبت را افزایش دهید

مقاومت بین الکترود مثبت و پوسته آلومینیوم در سطح MillioHM بسیار اندک است. هنگامی که یک اتصال کوتاه در باتری رخ می دهد ، جریان مدار زیاد است ، که به راحتی می تواند باعث احتراق شود و منجر به آتش سوزی باتری شود و یک خطر ایمنی قابل توجهی ایجاد کند. در حال حاضر ، کاربید پلاستیکی یا سیلیسن معمولاً بین پوشش بالای پوسته آلومینیومی و قطب مثبت باتری اضافه می شود تا مقاومت هدایت بین پوسته آلومینیوم و قطب مثبت افزایش یابد. Ningde Times همچنین یک ترمیستور PTC را بین قطب مثبت و ورق بالای پوشش طراحی کرد ، که از ویژگی مقاومت آن در حال تغییر با دما استفاده می کند تا به سرعت انرژی داخلی باتری را در هنگام وقوع یک مدار کوتاه خارجی در باتری برق مصرف کند و از شوک حرارتی ناشی از گرمای بیش از حد روی مقاومت جلوگیری کند. این نه تنها از مشکل مقاومت های کوچک به راحتی در حال ذوب شدن جلوگیری می کند ، بلکه از مشکل احتراق باتری یا ذوب مقاومت ناشی از دمای بالا جلوگیری می کند.

(4) طراحی صفحات ضد انفجار و تلنگر

به طور کلی ، پوشش بالای باتری های فسفات آهن لیتیوم یک طرح دریچه ضد انفجار را اتخاذ می کند ، و فشار باز شدن شیر ضد انفجار به طور کلی {2}}}. 4 ~ {4}}. 8mpa. هنگامی که فشار داخلی افزایش می یابد و از فشار باز شدن دریچه ضد انفجار فراتر می رود ، شیر ضد انفجار از شکاف پارگی می شود و برای کاهش فشار باز می شود. علاوه بر استفاده از دریچه های ضد انفجار ، باتری های سیستم سه گانه نیز دارای طراحی ترکیبی از صفحات تلنگر SSD هستند. فشار باز دریچه ضد انفجار و فشار تلنگر SSD به طور کلی {{1 0}}. 75 ~ 1. {16}} 5mPa و 0.45 ~ 0.5mPa. هنگامی که فشار داخلی باتری به فشار تلنگر SSD افزایش می یابد ، قطعه تلنگر بلند می شود و به سرعت جریان را قطع می کند. در همین زمان ، فیوز قطعه اتصال آلومینیوم ذوب می شود و باعث می شود قطب های مثبت و منفی پوشش بالا به طور مستقیم به اتصال کوتاه برسد و به سرعت جریان را قطع کند.

نقاط طراحی اجزای ساختاری سلول باتری پوسته مربع شامل آب بندی درگاه تزریق ، طراحی ستون های قطبی مثبت و منفی ، افزایش مقاومت ستون قطب مثبت و طراحی صفحات ضد انفجار و تلنگر است. این عناصر طراحی برای بهبود ایمنی و عملکرد باتری های لیتیوم با هم کار می کنند.