1 Gambaran Umum Komponen Struktural Sel Baterai Square
Komponen struktural sel baterai shell persegi memainkan peran penting dalam baterai lithium. Ini terutama berperan dalam mentransmisikan energi, membawa elektrolit, melindungi keamanan, memperbaiki dan mendukung baterai, dan penampilan dekoratif. Ini memiliki dampak langsung pada keamanan, penyegelan, dan efisiensi energi baterai lithium.
Dari perspektif pangsa pasar, menurut data yang relevan, ukuran pasar komponen struktural baterai lithium China akan mencapai 52,6 miliar yuan pada tahun 2024, peningkatan 86. 2%. Di antara mereka, komponen struktural baterai persegi telah lama menempati pangsa pasar utama komponen struktural, menyumbang 90,7%, sementara komponen struktural baterai silindris hanya menyumbang 9,3%. Hal ini terutama disebabkan oleh perkembangan pesat pasar kendaraan energi baru China dengan dukungan kuat dari kebijakan nasional, menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam kapasitas produksi dan jumlah baterai per pesanan perusahaan baterai daya. Baterai persegi lebih cocok untuk permintaan produksi skala besar ini.
Komponen struktural sel baterai shell persegi biasanya terdiri dari cangkang dan pelat penutup. Pembuatan shell relatif sederhana, terutama menggunakan teknologi peregangan kontinu, umumnya menggunakan cangkang baja atau aluminium, dengan kekuatan struktural yang tinggi dan kemampuan yang kuat untuk menahan beban mekanis. Kompleksitas proses pembuatan pelat penutup biasanya jauh lebih tinggi daripada shell, dan fungsi utamanya termasuk fungsi pemasangan/penyegelan, fungsi konduksi saat ini, fungsi pelepas tekanan, fungsi perlindungan sekering, dan mengurangi fungsi korosi listrik. Misalnya, laser mengelas penutup atas ke cangkang aluminium, membungkus dan memperbaiki sel baterai telanjang, dan mencapai efek penyegelan; Tiang penutup atas, bagian adaptor, dan telinga sel baterai dilas untuk memastikan konduktivitas pengisian sel baterai dan mengeluarkan arus; Ketika baterai mengalami kelainan dan tekanan udara internal meningkat, katup anti ledakan di penutup atas akan terbuka untuk melepaskan tekanan dan mengurangi risiko ledakan.
Komponen struktural sel baterai shell persegi memainkan peran yang sangat diperlukan dan penting dalam baterai lithium, dan prospek pasar mereka semakin luas dengan pengembangan kendaraan energi baru dan pasar penyimpanan energi.
2 jenis dan fungsi komponen struktural
(1) shell
Shell, sebagai komponen penting dari struktur sel baterai shell persegi, memainkan peran penting dalam memperbaiki, melindungi, menyegel, dan menghilangkan panas. Shell berfungsi sebagai penghalang antara zat aktif di dalam sel baterai dan lingkungan eksternal di seluruh siklus hidupnya, memperbaiki sistem elektrokimia internal dan memastikan struktur stabil sel baterai di berbagai lingkungan. Dalam hal perlindungan, shell dapat menahan beban mekanis tertentu untuk mencegah dampak eksternal dari merusak sel baterai. Fungsi penyegelan memastikan bahwa elektrolit tidak bocor dan mempertahankan keadaan normal baterai. Pada saat yang sama, shell juga dapat membantu menghilangkan panas, menghilangkan panas yang dihasilkan selama pengoperasian baterai, dan meningkatkan kehidupan keselamatan dan layanan baterai.
Proses produksi shell terutama mencakup pemotongan bahan baku, gambar dalam yang dalam, pemotongan, pembersihan, pengeringan, dan pengujian. Di antara mereka, teknologi peregangan terus menerus presisi adalah kesulitan dalam produksi shell. Dalam proses ini, perlu memastikan keseragaman ketebalan dinding dan mencegah patah tulang. Dibandingkan dengan pembentukan stamping satu kali konvensional, peregangan terus menerus presisi lebih sulit, dan hambatan intinya terletak pada cetakan dan peralatan peregangan. Cetakan berkualitas tinggi dan peralatan peregangan canggih dapat memastikan akurasi dimensi dan stabilitas kinerja shell.
(2) Pelat penutup
Pelat penutup memainkan peran penting dalam komponen struktural sel baterai shell persegi, dengan fungsi seperti koneksi, isolasi, penyegelan, dan pencegahan ledakan.
Tutup baja terletak di bagian atas pelat penutup dan memiliki kekuatan tinggi. Ini tidak mudah dideformasi ketika mengalami kekuatan eksternal dan berperan dalam melindungi lembar aluminium tahan ledakan. Ini juga merupakan komponen dari koneksi paket antara baterai. Cincin penyegelan terletak di tepi terluar pelat penutup, mengisolasi bagian logam di dalam tutup komposit dari cangkang baja baterai, menyediakan isolasi untuk mencegah sirkuit pendek internal dalam baterai, dan juga berfungsi sebagai segel setelah baterai disegel. Komponen bukti ledakan terutama digunakan untuk power-off dan penghilang tekanan jika terjadi kelebihan baterai, untuk mencegah ledakan yang disebabkan oleh tekanan internal yang tinggi dari baterai. Mereka terdiri dari cincin isolasi, lembaran aluminium tahan ledakan, dan menghubungkan lembaran aluminium. Di antara mereka, lembaran aluminium tahan ledakan terletak di tengah pelat penutup dan merupakan komponen inti yang menentukan tekanan kritis untuk pemutusan dan pelepasan sirkuit. Ketika tekanan internal baterai mencapai nilai tertentu, secara otomatis meledak dan melepaskan tekanan, memastikan keamanan penggunaan baterai; Lembar aluminium penghubung terletak di bagian bawah pelat penutup dan terhubung ke lembaran aluminium tahan ledakan melalui pengelasan laser. Ketika baterai dalam keadaan berbahaya, ia terputus dari lembaran aluminium tahan ledakan; Cincin isolasi terletak pada hubungan antara lembaran aluminium dan lembaran aluminium tahan ledakan, memainkan peran dalam isolasi dan isolasi.
Proses produksi pelat penutup lebih kompleks daripada cangkang, terutama termasuk pencetakan stamping & injeksi, inspeksi komponen, lapisan lem, perendaman aspal, pembentukan tepi, pengelasan spot, perakitan komponen, pengelasan spot, perakitan produk jadi, inspeksi dan pergudakan. Proses pengujian mencakup pengujian tekanan tahan ledakan, pengujian penyegelan helium, pengujian resistensi internal, dan pengujian resistensi. Tautan yang lebih sulit dalam proses produksi adalah stamping dan pengelasan, termasuk stamping tutup baja, stamping lembar aluminium tahan ledakan, menghubungkan stamping lembaran aluminium, stamping cincin penyegelan, stamping cincin isolasi, pengelasan gesekan selama pemasangan tiang, pengelasan laser selama perakitan, dll.
(3) potongan tautan modul baterai
Tautan modul baterai memainkan peran penghubung penting dalam modul baterai daya. Sebagian besar mengadopsi metode bahan komposit multi-lapisan, di mana satu lapisan material adalah lapisan penghubung antara konektor dan tiang untuk memastikan kinerja pengelasan. Dengan menumpuk beberapa lapisan bahan, konduktivitas potongan penghubung dapat dipastikan. Substrat papan koneksi diproses dan dibentuk dengan menumpuk beberapa lapisan foil, yang dapat membentuk area yang fleksibel untuk mengkompensasi perpindahan yang disebabkan oleh perluasan inti baterai daya dan mengurangi dampak pada antarmuka dengan kekuatan rendah. Konektor modul baterai daya umumnya berbentuk persegi panjang, trapesium, segitiga, berbentuk platform, dll. Permukaan koneksi ditempelkan dengan 0. 1 Foil tembaga berlapis nikel tebal. Selama pengelasan, permukaan rentan terhadap oksidasi dan perubahan warna pada suhu tinggi, dan pemolesan dan pembersihan diperlukan tanpa merusak lapisan permukaan produk.
3 Analisis Kasus Desain
(1) Desain katup bukti ledakan baru
Dalam jenis baru struktur sel baterai shell persegi, katup anti ledakan diatur di sisi berlawanan dari kutub positif dan negatif dan menghadap tanah, yang membawa banyak keunggulan. Pertama, melalui tata letak ini, tidak perlu memesan ruang tahan ledakan di bagian atas sel baterai, sangat menghemat ruang internal casing sel baterai. Menurut data penelitian yang relevan, desain ini dapat meningkatkan kepadatan energi volumetrik. Kedua, dalam aplikasi praktis, jika produk kehilangan kendali karena suhu tinggi, ledakan katup tahan ledakan tidak membahayakan personel kabin dan kabin pengemudi, secara efektif menghilangkan bahaya pribadi.
Misalnya, dalam aplikasi praktis kendaraan energi baru, jenis baru struktur sel baterai shell persegi ini dapat memberikan jaminan keamanan yang lebih tinggi untuk pengemudi dan penumpang.
(2) Desain Terpadu
Dalam beberapa kasus metode manufaktur untuk struktur sel baterai shell persegi, pelat pendingin cair, busbar, dan harness pengambilan sampel dirancang dengan cara yang terintegrasi. Desain ini memiliki keunggulan yang signifikan. Di satu sisi, pelat pendingin cair dapat dengan cepat mengurangi suhu sel baterai, memastikan bahwa mereka beroperasi dalam kisaran suhu yang sesuai, sehingga meningkatkan kinerja dan masa pakai mereka. Misalnya, dalam pengujian aktual, sel -sel cangkang persegi menggunakan pelat pendingin cairan terintegrasi dapat menurunkan suhu mereka dibandingkan dengan desain tradisional di bawah operasi beban tinggi kontinu. Di sisi lain, desain terintegrasi mengurangi jumlah komponen, menyederhanakan proses pemasangan, dan meningkatkan efisiensi produksi. Sementara itu, desain terintegrasi juga dapat mengurangi biaya keseluruhan dan meningkatkan daya saing pasar produk.
(3) Struktur rakitan telinga tiang penuh
Desain pegas kartu dalam struktur sel baterai cangkang persegi telinga tiang penuh unik dan cerdik. Pegas kartu terdiri dari pelat datar pertama dan pelat datar kedua, dan memiliki struktur berbentuk V yang terbuat dari bahan logam elastis. Desain ini memiliki keunggulan yang signifikan dalam menghubungkan telinga tiang dan pelat penutup. Pertama, pegas kartu berbentuk V elastis menggunakan kekuatan reboundnya sendiri untuk menekan kedua sisi ke pelat penutup dan permukaan telinga tiang, mencapai tujuan sambungan listrik. Efek gaya elastis lebih kondusif untuk meningkatkan konduktivitas kontak antara antarmuka. Selama gaya elastis ada, konduktivitas ini ada, sehingga koneksi pengelasan dapat dihindari, mengurangi kesulitan perakitan. Kedua, luas penampang konduktif dari pegas kartu tergantung pada luas penampang hubungan antara pelat pertama dan pelat kedua, yang lebih besar dibandingkan dengan koneksi adaptor konvensional dan titik pengelasan.
(4) Desain Struktur Tetap
Struktur tetap untuk sel baterai shell persegi dan metode pembuatan untuk rumah modul baterai memiliki nilai praktis yang tinggi. Desain ini mencakup kombinasi sasis baterai, tutup pemasangan atas baterai, dan tali pengepakan. Sasis baterai dilengkapi dengan slot pemasangan baterai pertama yang kompatibel dengan bagian bawah sel baterai shell persegi, yang dapat menjepit bagian bawah sel baterai shell persegi dengan ketat. Tutup pemasangan atas baterai dilengkapi dengan alur pemasangan baterai kedua yang kompatibel dengan bagian atas sel baterai shell persegi, yang menjepit bagian atas sel baterai shell persegi dengan ketat. Akhirnya, pita pengemasan ditempatkan pada sasis baterai dan tutup pemasangan baterai, membentuk struktur pemasangan paket baterai tunggal. Selain itu, kotak modul baterai dilengkapi dengan komponen anti slip dan pelat pemasangan partisi atas. Komponen anti slip termasuk rel geser yang terletak di kedua sisi rumah modul baterai dan iga pembatas yang terletak di bagian bawah rumah modul baterai, yang dapat membatasi struktur tetap dari setiap paket baterai dan mencegahnya gemetar. Pelat pemasangan partisi atas dapat dibongkar dan terhubung ke cangkang luar kotak modul baterai, yang dapat membentuk kompresi dan fiksasi di bagian atas beberapa struktur pemasangan paket baterai. Desain ini meningkatkan keamanan tetap sel baterai shell persegi dan memberikan jaminan yang andal untuk penerapan kotak baterai penyimpanan energi.
4 Ringkasan titik desain
Desain komponen struktural sel baterai shell persegi membutuhkan banyak titik kunci, yang memainkan peran penting dalam meningkatkan keamanan dan kinerja baterai lithium.
(1) Menyegel desain port injeksi
Desain penyegelan port injeksi secara langsung terkait dengan keselamatan dan masa pakai baterai. Kuku penyegelan port injeksi yang dirancang oleh CATL terdiri dari bagian logam dan bagian karet, dengan gangguan sesuai dengan kontak dengan lubang injeksi. Lubang injeksi memiliki reses, dan bagian karet dari kuku penyegelan memiliki tonjolan yang dapat dilakukan dalam reses. Desain ini dapat mendinginkan perakitan pada suhu rendah, secara efektif mencegah generasi gerombolan dan partikel logam, dan mencapai penyegelan yang andal dari lubang injeksi. Pada saat yang sama, bagian karet dapat mencegah gerinda logam dan partikel jatuh ke dalam kasing baterai, memastikan kinerja keamanan baterai. Mengadopsi struktur segel mekanis, tanpa perlu pengelasan laser, prosesnya sederhana dan dapat secara signifikan mengurangi biaya.
(2) Desain tiang positif dan negatif
Tiang positif biasanya terbuat dari tiang aluminium, dan kutub negatif terbuat dari kutub komposit aluminium tembaga, yang terutama memainkan peran dalam konduksi saat ini. Dalam baterai, kutub penutup atas, potongan adaptor, dan telinga sel dilas dan terhubung untuk memastikan kesinambungan pengisian dan pelepasan arus sel; Dalam modul, tiang penutup atas dilas laser dan dibaut ke busbar untuk membentuk koneksi seri/paralel. Selain itu, secara langsung menghubungkan cangkang aluminium dan kutub positif dapat menghilangkan perbedaan potensial antara keduanya dan mencegah korosi cangkang aluminium.
(3) Tingkatkan resistansi kolom kutub positif
Resistansi antara elektroda positif dan cangkang aluminium sangat kecil, pada level Milliohm. Ketika sirkuit pendek terjadi di baterai, arus sirkuit tinggi, yang dapat dengan mudah menyebabkan pengapian dan menyebabkan api baterai, menimbulkan bahaya keamanan yang signifikan. Saat ini, plastik konduktif atau silikon karbida biasanya ditambahkan di antara penutup atas cangkang aluminium dan kutub positif baterai untuk meningkatkan ketahanan konduktivitas antara cangkang aluminium dan kutub positif. Ningde Times juga merancang termistor PTC antara kutub positif dan lembar penutup atas, yang memanfaatkan karakteristik perubahan resistensi dengan suhu untuk dengan cepat mengonsumsi energi internal baterai ketika sirkuit pendek eksternal terjadi pada baterai daya, menghindari guncangan termal yang disebabkan oleh panas yang berlebihan pada resistor. Ini tidak hanya menghindari masalah resistor kecil yang mudah meleleh, tetapi juga menghindari masalah pengapian baterai atau peleburan resistensi yang disebabkan oleh suhu tinggi.
(4) Desain piring tahan ledakan dan membalik
Secara umum, penutup atas baterai lithium besi fosfat mengadopsi satu desain katup anti ledakan, dan tekanan pembukaan katup tahan ledakan umumnya 0. 4 ~ 0. 8mpa. Ketika tekanan internal meningkat dan melebihi tekanan pembukaan katup tahan ledakan, katup anti ledakan akan pecah dari takik dan terbuka untuk menghilangkan tekanan. Selain menggunakan katup tahan ledakan, baterai sistem terner juga memiliki desain kombinasi pelat flip SSD. Tekanan pembukaan katup tahan ledakan dan tekanan flipping SSD umumnya {{1 0}}. 75 ~ 1. 0 5mpa dan 0,45 ~ 0,5mpa, masing-masing. Ketika tekanan internal baterai meningkat ke tekanan membalik SSD, potongan flipping terangkat, dengan cepat memotong arus. Pada saat yang sama, potongan aluminium yang menghubungkan sekering meleleh, menyebabkan kutub positif dan negatif dari penutup atas ke hubung singkat secara langsung, dengan cepat memotong arus.
Titik desain komponen struktural sel baterai shell persegi termasuk penyegelan port injeksi, desain kolom kutub positif dan negatif, meningkatkan resistansi kolom kutub positif, dan desain pelat anti ledakan dan membalik. Elemen desain ini bekerja bersama untuk meningkatkan keamanan dan kinerja baterai lithium.