1 Panoramica dei componenti strutturali della cella della batteria a conchiglia quadrata
I componenti strutturali delle celle della batteria a conchiglia quadrati svolgono un ruolo cruciale nelle batterie al litio. Svolge principalmente un ruolo nella trasmissione di energia, nel trasporto di elettroliti, nella protezione della sicurezza, nella fissazione e nel supporto delle batterie e nell'aspetto decorativo. Ha un impatto diretto sulla sicurezza, la tenuta e l'efficienza energetica delle batterie al litio.
Dal punto di vista della quota di mercato, secondo i dati rilevanti, le dimensioni del mercato dei componenti strutturali della batteria al litio cinese raggiungeranno 52,6 miliardi di yuan nel 2024, un aumento di 86. 2%. Tra questi, i componenti strutturali a batteria quadrata hanno da tempo occupato la quota di mercato principale dei componenti strutturali, pari al 90,7%, mentre i componenti strutturali della batteria cilindrici rappresentano solo il 9,3%. Ciò è dovuto principalmente al rapido sviluppo del nuovo mercato dei veicoli energetici della Cina con un forte supporto da parte delle politiche nazionali, con un aumento significativo della capacità produttiva e del numero di batterie per ordine delle imprese della batteria di energia. Le batterie quadrate sono più adatte a questa domanda di produzione su larga scala.
I componenti strutturali delle celle della batteria a conchiglia quadrata sono generalmente composte da un guscio e una piastra di copertura. La produzione del guscio è relativamente semplice, utilizzando principalmente la tecnologia di allungamento continuo, generalmente utilizzando gusci di acciaio o alluminio, con elevata resistenza strutturale e forte capacità di resistere a carichi meccanici. La complessità del processo di produzione della piastra di copertura è generalmente molto più alta di quella del guscio e le sue funzioni principali includono la funzione di fissaggio/tenuta, la funzione di conduzione corrente, la funzione di scarico della pressione, la funzione di protezione dei fusibili e la riduzione della funzione di corrosione elettrica. Ad esempio, saldare il coperchio superiore sul guscio di alluminio, avvolgere e fissare le celle a batteria nuda e ottenere un effetto di tenuta; Il palo di copertura superiore, l'adattatore e l'orecchio delle celle della batteria sono saldati per garantire la conducibilità della carica della cella della batteria e della corrente di scarico; Quando la batteria subisce un'anomalia e aumenta la pressione dell'aria interna, la valvola a prova di esplosione sul coperchio superiore si aprirà per rilasciare la pressione e ridurre il rischio di esplosione.
I componenti strutturali delle celle della batteria a conchiglia quadrati svolgono un ruolo indispensabile e importante nelle batterie al litio e le loro prospettive di mercato sono sempre più ampie con lo sviluppo di nuovi veicoli energetici e mercati di stoccaggio di energia.
2 tipi e funzioni dei componenti strutturali
(1) Shell
Il guscio, come un componente importante della struttura della cella della batteria a guscio quadrato, svolge un ruolo cruciale nella fissazione, nella protezione, nella tenuta e nella dissipazione del calore. Il guscio funge da barriera tra le sostanze attive all'interno della cella della batteria e l'ambiente esterno per tutto il suo ciclo di vita, fissando il sistema elettrochimico interno e garantendo la struttura stabile della cella della batteria in vari ambienti. In termini di protezione, il guscio può resistere a determinati carichi meccanici per impedire agli impatti esterni di danneggiare le celle della batteria. La funzione di tenuta garantisce che l'elettrolita non perde e mantiene il normale stato di lavoro della batteria. Allo stesso tempo, il guscio può anche aiutare a dissipare il calore, dissipando il calore generato durante il funzionamento della batteria e migliorando la durata della sicurezza e la durata della batteria.
Il processo di produzione del guscio include principalmente il taglio delle materie prime, il disegno profondo continuo, il taglio, l'asciugatura e il test di precisione. Tra questi, la tecnologia di stretching continua di precisione è la difficoltà nella produzione di conchiglie. In questo processo, è necessario garantire l'uniformità dello spessore della parete e prevenire la frattura. Rispetto alla formazione convenzionale di stampaggio una tantum, lo stretching continuo di precisione è più difficile e le sue barriere di base si trovano negli stampi e nelle attrezzature di allungamento. Stampi di alta qualità e apparecchiature di stretching avanzate possono garantire l'accuratezza dimensionale e la stabilità delle prestazioni del guscio.
(2) piastra di copertura
La piastra di copertura svolge un ruolo cruciale nei componenti strutturali delle celle della batteria a conchiglia quadrata, con funzioni come connessione, isolamento, tenuta e prevenzione dell'esplosione.
Il cappuccio in acciaio si trova nella parte superiore della piastra di copertura e ha un'alta resistenza. Non è facilmente deformato se sottoposto a forze esterne e svolge un ruolo nella protezione del foglio di alluminio a prova di esplosione. È anche un componente della connessione del pacchetto tra le batterie. L'anello di tenuta si trova sul bordo più esterno della piastra di copertura, isolando le parti metalliche all'interno del tappo composito dal guscio di acciaio della batteria, fornendo isolamento per evitare cortocircuiti interni nella batteria e anche fungere da sigillo dopo la sigillata. I componenti a prova di esplosione vengono utilizzati principalmente per il potenziamento e lo scarico della pressione in caso di sovraccarico della batteria, per prevenire le esplosioni causate dall'elevata pressione interna della batteria. Sono costituiti da anelli di isolamento, fogli di alluminio a prova di esplosione e fogli di alluminio. Tra questi, il foglio di alluminio a prova di esplosione si trova al centro della piastra di copertura ed è il componente centrale che determina la pressione critica per la disconnessione e il rilascio del circuito. Quando la pressione interna della batteria raggiunge un certo valore, esplode automaticamente e rilascia pressione, garantendo la sicurezza dell'uso della batteria; Il foglio di alluminio di collegamento si trova nella parte inferiore della piastra di copertura ed è collegato al foglio di alluminio a prova di esplosione attraverso la saldatura laser. Quando la batteria è in uno stato pericoloso, viene disconnessa dal foglio di alluminio a prova di esplosione; L'anello di isolamento si trova sulla connessione tra il foglio di alluminio e il foglio di alluminio a prova di esplosione, svolgendo un ruolo in isolamento e isolamento.
Il processo di produzione delle piastre di copertura è più complesso di quello dei conchiglie, tra cui stampaggio di stampaggio e iniezione, ispezione dei componenti, rivestimento di colla, immersione in asfalto, modellatura dei bordi, saldatura a punti, assemblaggio di componenti, saldatura a punti, assemblaggio di prodotti finiti, ispezione e detenzione. Il processo di test include test di pressione a prova di esplosione, test di sigillatura dell'elio, test di resistenza interna e test di resistenza. I collegamenti più difficili nel processo di produzione sono la timbratura e la saldatura, tra cui la timbrai del tappo in acciaio, la timbratura in foglio di alluminio a prova di esplosione, il collegamento di timbri di lamiera di alluminio, timbrazione dell'anello di tenuta, timbrai per l'anello di isolamento, saldatura per attrito durante l'installazione del polo, saldatura laser durante il montaggio, ecc.
(3) pezzo di collegamento del modulo batteria
Il collegamento del modulo della batteria svolge un ruolo di collegamento importante nel modulo batteria di alimentazione. Adotta principalmente il metodo dei materiali compositi multistrato, in cui uno strato di materiale è lo strato di collegamento tra il connettore e il palo per garantire le prestazioni di saldatura. Impilando più strati di materiali, è possibile garantire la conduttività del pezzo di collegamento. Il substrato della scheda di connessione viene elaborato e formato impilando più strati di lamina, che può formare un'area flessibile per compensare lo spostamento causato dall'espansione del nucleo della batteria di alimentazione e ridurre l'impatto sull'interfaccia a bassa resistenza. I connettori dei moduli della batteria di alimentazione sono generalmente rettangolari, trapezoidali, triangolari, a forma di piattaforma, ecc. La superficie di connessione viene incollata con 0. 1 foglio di rame nichelato spesso nichelato. Durante la saldatura, la superficie è soggetta all'ossidazione e allo scolorimento ad alte temperature e la lucidatura e la pulizia sono necessarie senza danneggiare il rivestimento superficiale del prodotto.
3 Analisi dei casi di progettazione
(1) Progettazione di nuove valvole a prova di esplosione
In un nuovo tipo di struttura a cella della batteria a conchiglia quadrata, la valvola a prova di esplosione è impostata sul lato opposto dei poli positivi e negativi e di fronte al terreno, il che offre molti vantaggi. In primo luogo, attraverso questo layout, non è necessario riservare lo spazio a prova di esplosione nella parte superiore della cella della batteria, salvando notevolmente lo spazio interno dell'involucro della cella della batteria. Secondo i dati di ricerca pertinenti, questo progetto può aumentare la densità volumetrica di energia. In secondo luogo, in applicazioni pratiche, se il prodotto perde il controllo a causa delle alte temperature, l'esplosione della valvola a prova di esplosione non pone danni alla cabina e alla cabina del conducente, eliminando efficacemente i pericoli personali.
Ad esempio, nelle applicazioni pratiche di nuovi veicoli energetici, questo nuovo tipo di struttura a celle della batteria a conchiglia quadrata può fornire maggiori garanzie di sicurezza per conducenti e passeggeri.
(2) Design integrato
In alcuni casi di metodi di produzione per strutture a celle della batteria a conchiglia quadrata, piastre raffreddate a liquido, barre di bus e imbracature di campionamento sono progettati in modo integrato. Questo design presenta vantaggi significativi. Da un lato, le piastre raffreddate a liquido possono ridurre rapidamente la temperatura delle celle della batteria, garantendo che funzionino all'interno di un intervallo di temperatura adeguato, migliorando così le loro prestazioni e la loro durata. Ad esempio, nei test effettivi, le celle a guscio quadrato che utilizzano piastre raffreddato a liquido integrate possono ridurre la loro temperatura rispetto ai design tradizionali in funzionamento continuo ad alto carico. D'altra parte, il design integrato riduce il numero di componenti, semplifica i processi di installazione e migliora l'efficienza della produzione. Nel frattempo, il design integrato può anche ridurre i costi complessivi e migliorare la competitività del mercato dei prodotti.
(3) Struttura del gruppo auricolare a palo completo
Il design della molla della carta nella struttura della batteria a guscio a guscio a orecchie di palo completo è unico e geniale. La molla della carta è composta da una prima piastra piatta e una seconda piastra piatta e ha una struttura a V fatta di materiale in metallo elastico. Questo design presenta significativi vantaggi nel collegare l'orecchio dell'asta e la piastra di copertura. In primo luogo, la molla elastica a forma di V utilizza la propria forza di rimbalzo per premere entrambi i lati contro la piastra di copertura e la superficie dell'orecchio dell'asta, raggiungendo lo scopo della connessione elettrica. L'effetto della forza elastica è più favorevole al miglioramento della conduttività di contatto tra le interfacce. Finché esiste una forza elastica, esiste questa conduttività, quindi è possibile evitare la connessione di saldatura, riducendo la difficoltà dell'assemblaggio. In secondo luogo, l'area della sezione trasversale conduttiva della molla della carta dipende dall'area trasversale della connessione tra la prima piastra e la seconda piastra, che è maggiore rispetto alla connessione di adattatori convenzionali e punti di saldatura.
(4) Progettazione della struttura fissa
La struttura fissa per le celle della batteria a conchiglia quadrata e il metodo di produzione per gli alloggiamenti del modulo batteria hanno un alto valore pratico. Questo design include una combinazione di telaio a batteria, tappo di fissaggio della batteria e cinturino da imballaggio. Il telaio della batteria è dotato di una prima fessura di fissaggio della batteria compatibile con la parte inferiore della cella della batteria a guscio quadrato, che può bloccare saldamente la parte inferiore della cella della batteria a guscio quadrato. Il tappo di fissaggio superiore della batteria è dotato di una seconda scanalatura di fissaggio della batteria che è compatibile con la parte superiore della cella della batteria a guscio quadrato, che blocca saldamente la parte superiore della cella della batteria a guscio quadrato. Infine, il nastro di imballaggio viene posizionato sul telaio della batteria e sul tappo di fissaggio superiore della batteria, formando una singola struttura di fissaggio della batteria. Inoltre, la scatola del modulo della batteria è dotata di componenti anti -slittamento e una piastra di fissaggio di partizione superiore. Il componente anti -slittamento include binari scorrevoli situati su entrambi i lati dell'alloggiamento del modulo della batteria e le costole limitate situate nella parte inferiore dell'alloggiamento del modulo della batteria, che possono limitare la struttura fissa di ciascun pacco batteria e impedirgli di scuotere. La piastra di fissaggio della partizione superiore può essere smontata e collegata al guscio esterno della scatola del modulo della batteria, che può formare una compressione e una fissazione sulla parte superiore di diverse strutture di fissaggio della batteria. Questo design migliora la sicurezza fissa delle celle della batteria a conchiglia quadrata e fornisce una garanzia affidabile per l'applicazione delle scatole di batterie di accumulo di energia.
4 Riepilogo dei punti di progettazione
Il design dei componenti strutturali delle celle della batteria a conchiglia quadrata richiede molti punti chiave, che svolgono un ruolo cruciale nel migliorare la sicurezza e le prestazioni delle batterie al litio.
(1) Design di tenuta della porta di iniezione
La progettazione di tenuta della porta di iniezione è direttamente correlata alla durata di sicurezza e di servizio della batteria. Il chiodo di sigillatura della porta di iniezione progettata da CATL è costituita da una parte di metallo e una parte di gomma, con interferenza che si adatta al contatto con il foro di iniezione. Il foro di iniezione ha una rientranza e la parte in gomma del chiodo di tenuta ha una sporgenza che può essere impegnata nella rientranza. Questo design può raffreddare l'assemblaggio a basse temperature, impedendo efficacemente la generazione di baratte e particelle di metallo e raggiungendo la tenuta affidabile del foro di iniezione. Allo stesso tempo, la parte in gomma può impedire a barate e particelle di metallo di cadere nella custodia della batteria, garantendo le prestazioni di sicurezza della batteria. L'adozione di una struttura di tenuta meccanica, senza la necessità di saldatura laser, il processo è semplice e può ridurre significativamente i costi.
(2) Progettazione di pole positiva e negativa
Il polo positivo è generalmente realizzato in polo in alluminio e il polo negativo è realizzato in polo composito in alluminio di rame, che svolge principalmente un ruolo nella conduzione attuale. Nella batteria, il palo di copertura superiore, l'adattatore e l'orecchio della cella sono saldati e collegati per garantire la continuità della corrente di ricarica e scarica della cella; Nel modulo, il palo di copertura superiore è saldato laser e imbullonato sulla barra bus per formare una connessione in serie/parallele. Inoltre, collegando direttamente il guscio di alluminio e il polo positivo può eliminare la differenza potenziale tra i due e prevenire la corrosione del guscio di alluminio.
(3) Aumenta la resistenza della colonna polare positiva
La resistenza tra l'elettrodo positivo e il guscio di alluminio è molto piccola, a livello di millihm. Quando si verifica un cortocircuito nella batteria, la corrente del circuito è alta, il che può facilmente causare l'accensione e portare al fuoco della batteria, ponendo un significativo pericolo per la sicurezza. Allo stato attuale, il carburo di plastica conduttiva o silicio viene solitamente aggiunto tra la copertura superiore del guscio di alluminio e il polo positivo della batteria per aumentare la resistenza di conducibilità tra il guscio di alluminio e il polo positivo. Ningde Times ha anche progettato un termistore PTC tra il polo positivo e il foglio di copertura superiore, che utilizza la caratteristica della sua resistenza che cambia con la temperatura per consumare rapidamente l'energia interna della batteria quando si verifica un cortometraggio esterno nella batteria di alimentazione, evitando lo shock termico causato da un calore eccessivo sulla resistenza. Non solo evita il problema della fusione dei piccoli resistori, ma evita anche il problema dell'accensione della batteria o dello scioglimento della resistenza causata da alta temperatura.
(4) Progettazione di piastre a prova di esplosione e di lancio
In generale, la copertura superiore delle batterie al fosfato di ferro al litio adotta una singola design della valvola a prova di esplosione e la pressione di apertura della valvola a prova di esplosione è generalmente 0. 4 ~ 0. 8mpa. Quando la pressione interna aumenta e supera la pressione di apertura della valvola a prova di esplosione, la valvola a prova di esplosione si romperà dalla tacca e si aprirà per lo scarico della pressione. Oltre a utilizzare le valvole a prova di esplosione, le batterie del sistema ternario hanno anche un design combinato di piastre di lancio SSD. La pressione di apertura della valvola a prova di esplosione e la pressione di lancio dell'SSD sono generalmente {{1 0}}. 75 ~ 1. 0 5MPA e 0,45 ~ 0,5mpa, rispettivamente. Quando la pressione interna della batteria aumenta alla pressione di lancio dell'SSD, il pezzo di lancio si solleva, tagliando rapidamente la corrente. Allo stesso tempo, il fusibile di collegamento in alluminio si scioglie, causando direttamente i poli positivi e negativi della copertura superiore, tagliando rapidamente la corrente.
I punti di progettazione dei componenti strutturali della cella della batteria a conchiglia quadrata includono la tenuta della porta di iniezione, la progettazione di colonne pole positive e negative, aumentando la resistenza della colonna polare positiva e la progettazione di piastre a prova di esplosione e lancio. Questi elementi di design lavorano insieme per migliorare la sicurezza e le prestazioni delle batterie al litio.