Розробка та аналіз призматичних клітинних структурних компонентів

一. Огляд призматичних клітинних структурних компонентів
Призматичні клітинні структурні компоненти відіграють вирішальну роль у літієвих акумуляторах. Вони в першу чергу виконують такі функції, як передача енергії, утримання електролітів, захист безпеки, підтримка акумулятора та фіксація та оздоблення зовнішності. Ці компоненти безпосередньо впливають на безпеку, ущільнювальні показники та ефективність використання енергії літієвих акумуляторів.

Відповідно до відповідних даних, розмір ринку конструкційних компонентів батареї літію в Китаї досяг 33,8 мільярдів юанів у 2022 році, що становить річний рік на 93,2%. Серед них компоненти структурних компонентів акумуляторів давно займали більшість структурних компонентів, при цьому ринкова частка становить 90,7%, тоді як циліндричні структурні компоненти акумуляторів складають лише 9,3%. Це домінування в основному пов'язане з швидким розвитком нового ринку енергетичних транспортних засобів Китаю, керованого сильною підтримкою урядової політики. Виробнича потужність виробників акумуляторів та кількість клітин на замовлення значно зросли, а призматичні батареї краще підходять для задоволення потреб масштабного виробництва.

Призматичні клітинні структурні компоненти зазвичай складаються з оболонки та кришки пластини. Процес виготовлення оболонок порівняно простий, в першу чергу використовуючи безперервні процеси глибокого малювання, і зазвичай виготовлений зі сталі або алюмінію. Він пропонує високу конструкційну міцність і сильну стійкість до механічних навантажень. На відміну від цього, виробничий процес покриваючої пластини, як правило, набагато складніший, ніж у оболонки. Основні його функції включають фіксацію/ущільнювач, провідність струму, полегшення тиску, захист запобіжників та зменшення електричної корозії. Наприклад, верхня кришка лазерна до алюмінієвої оболонки для інкапсуляції та закріплення оголеної клітини, забезпечуючи герметичну структуру. Клеми, шини та комірки верхньої кришки зварені для забезпечення належної провідності заряду та розряду. Коли акумулятор стикається з ненормальною ситуацією, а внутрішній тиск збільшується, захисний клапан верхнього покриву відкривається для вивільнення тиску, зменшуючи ризик вибуху.

Структурні компоненти клітинних клітин відіграють незамінну роль у літієвих акумуляторах, і їхні перспективи ринку стають все більш широкими з розвитком нових ринків енергетичного автомобіля та енергоносіїв.

2. Типи та функції структурних компонентів

(а) оболонка
Як найважливіший компонент призматичних клітинних структурних компонентів, оболонка відіграє ключову роль у фіксації, захисті, герметизації та розсіювання тепла. Він служить бар'єром між активними матеріалами всередині клітини та зовнішнім середовищем протягом усього свого життєвого циклу, забезпечуючи структурну стабільність внутрішній електрохімічній системі та забезпечуючи, щоб клітина підтримує стабільну структуру в різних умовах.

З точки зору захисту, оболонка може витримати певні механічні навантаження, запобігаючи пошкодженню зовнішнього впливу клітини. Його герметична функція гарантує, що електроліт не протікає, підтримуючи нормальний робочий стан акумулятора. Крім того, оболонка сприяє розсіювання тепла, вивільняючи тепло, що утворюється під час роботи акумулятора, тим самим підвищуючи безпеку акумулятора та продовжуючи термін експлуатації.

Процес виробництва оболонки в основному включає розрізання сировини, точність безперервного глибокого малювання, різання, очищення, сушіння та огляду. Серед них точна технологія безперервного глибокого малювання є найбільш складним аспектом виробництва оболонок. Під час цього процесу важливо забезпечити рівномірну товщину стінки та запобігти переломам.

Порівняно зі звичайним одноетапним штампуванням, точність безперервного глибокого малювання складніше. Його основні бар'єри лежать у формі та обладнаннях для малювання. Високоякісні форми та вдосконалене обладнання для малювання мають вирішальне значення для забезпечення розмірної точності та стабільності продуктивності оболонки.

(b) кришка пластини
Обкладинка відіграє вирішальну роль у структурних компонентах призматичних клітин, що забезпечує такі функції, як зв’язок, ізоляція, герметизація та захист вибуху.

Сталева ковпачка розташована у верхній частині кришки пластини і має високу міцність, що робить її стійкою до деформації під зовнішніми силами. Він служить для захисту алюмінієвого листа, захищеного від вибуху, а також є компонентом для з'єднання акумуляторів у упаковці. Герметичне кільце розташоване на самому зовнішньому краю кришки пластини, ізолюючи внутрішні металеві частини комбінованої ковпачка від батареї сталевої оболонки. Він забезпечує ізоляцію для запобігання внутрішніх коротких схем, а також забезпечує герметизацію після герметизації акумулятора.

Компонент, захищений від вибуху, в основному використовується для відсічення живлення та зняття тиску під час перевантаження акумулятора, щоб запобігти вибуху, спричиненому надмірним внутрішнім тиском. Він складається з ізоляційного кільця, алюмінієвого листа, захищеного від вибуху, та з’єднання алюмінієвого листа. Алюмінієвий лист, захищений від вибуху, розташований посередині кришки пластини і є основним компонентом, який визначає відсіч ланцюга та вивільнення критичного тиску. Коли внутрішній тиск акумулятора досягає певного значення, він автоматично лопається, щоб звільнити тиск, забезпечуючи безпеку акумулятора. Підключений алюмінієвий лист розташований у нижній частині кришки пластини і з'єднаний з алюмінієвим листом, захищеним вибухом лазерним зварюванням. У разі небезпечної ситуації він відключається від алюмінієвого листа, захищеного від вибуху. Ізоляційне кільце розташоване на з'єднанні між з'єднувальним алюмінієвим листом та алюмінієвим аркушем, захищеним вибухом, забезпечуючи ізоляцію та ізоляцію.

Процес виробництва кришкової пластини є складнішим, ніж в оболонці, і в основному включає штампування та ін'єкційне ліплення, перевірку компонентів, склеювання, занурення асфальту, обгортання краю та формування, плямове зварювання, складання компонентів, зварювання плями, кінцеву збірку та огляд перед зберіганням. На етапах тестування належать випробування на тиск, що не захищає вибух, тестування на витік гелію, тестування внутрішнього опору та тестування на опір. Більш складними етапами у виробничому процесі є деталі для штампування та зварювання, включаючи штампування сталевих ковпачків, вибухонебезпечний алюмінієвий штампування листа, з'єднання штампування алюмінієвого листа, герметичне штампування кільця, штампування ізоляційного кільця, зварювання тертя під час встановлення терміналу та лазерне зварювання під час складання.

(c) Пластина підключення модуля акумулятора

Пластина підключення акумулятора відіграє важливу роль у підключенні компонентів модуля акумулятора живлення. Він здебільшого виготовляється з використанням багатошарових композиційних матеріалів, при цьому один шар виступає як з'єднувальний шар між роз'ємом та клемою для забезпечення хорошої продуктивності зварювання. Багатошарове укладання матеріалу забезпечує електричну провідність пластини з'єднання. Після обробки базової пластини з декількома шарами фольги вона утворює гнучку область для компенсації переміщення, спричиненого розширенням живлення акумуляторної клітини, зменшуючи вплив на інтерфейси низької міцності. Роз'єми для модулів живлення акумулятора, як правило, в прямокутних, трапеційних, трикутних або ступінчастих формах. Поверхня підключення покрита 0. Мідна фольга з нікелетом товщиною 1 мм, яка схильна до окислення та знебарвлення при високих температурах під час зварювання, що вимагає полірування та очищення, не пошкоджуючи поверхневе покриття.

3. Проектний аналіз випадків

(a) Дизайн нового вибухонебезпечного клапана

У новому типі призматичної клітинної структури клапан, захищений від вибуху, розміщується на протилежній стороні позитивних та негативних електродів, звернених до землі. Цей дизайн пропонує кілька переваг. По-перше, за допомогою цього макета верхній простір комірки не потрібно залишати простір для захищеного вибухом клапана, значно заощаджуючи внутрішній простір у клітинній оболонці. Відповідно до відповідних даних досліджень, ця конструкція може збільшити об'ємну щільність енергії приблизно на [x]%. По-друге, у практичних застосуванні, якщо продукт відчуває тепловий втік через надмірну температуру, клапан, захищений від вибуху, розривається, не створюючи небезпеки для кабіни та мешканців кабіни, ефективно усуваючи ризики особистої безпеки.

Наприклад, у практичних застосуванні в нових енергетичних транспортних засобах ця нова структура призматичних клітин забезпечує більш високу забезпечення безпеки для пасажирів.

(b) Інтегрований дизайн
У деяких випадках виробництва призматичних клітин, рідка охолоджувальна пластина, шина та джгути відбору проб розробляються інтегровано. Ця конструкція має значні переваги. З одного боку, тарілка для охолодження рідини швидко знижує температуру клітин, забезпечуючи, що клітина працює в оптимальному діапазоні температури, тим самим покращуючи продуктивність клітин та тривалість життя. Наприклад, у практичних тестах призматичні клітини з інтегрованими рідкими охолодженнями змогли знизити свою температуру на ступінь [x] в рамках безперервної роботи з високим навантаженням порівняно з традиційними конструкціями. З іншого боку, інтегрована конструкція зменшує кількість компонентів, спрощує процес складання та підвищує ефективність виробництва. У той же час, інтегрований дизайн допомагає зменшити загальні витрати та підвищує конкурентоспроможність ринку продукту.

(c) структура складання повної вкладки
Дизайн пружинного кліпу на повній структурі призматичної клітини є унікальною. Пружинний затискач складається з першої плоскої пластини та другої плоскої пластини, утворюючи V-подібну структуру, виготовлену з еластичного металу. Ця конструкція має значні переваги у з'єднанні вкладок та обкладинки. По-перше, пружинна пружинна пружина V-подібна форма використовує власну силу відновлення, щоб притиснутись як до обкладинки, так і до поверхонь вкладки, досягаючи електричного з'єднання. Еластична сила також покращує провідність контакту між інтерфейсами. Поки існує еластична сила, провідність залишиться, усуваючи потребу в зварених з'єднаннях та зменшуючи складність складання. По-друге, провідна область поперечного перерізу пружинного затискача залежить від області поперечного перерізу з'єднання між першою та другою плоскою плитами, що більше, ніж з'єднання, утворене звичайними шинами та шви. Наприклад, у практичних тестах призматичні клітини, пов'язані з пружинними кліпами, виявляли більш високу здатність до перенапруг, ніж ті, що використовують традиційні методи зварювання, покращуючи [x]%.

(d) Конструкція фіксованої структури
Фіксована структура для призматичних клітин та метод виготовлення кожуха модуля акумулятора мають високу практичну цінність. Дизайн включає комбінацію шасі акумулятора, верхню фіксовану ковпачок та ремінці для упаковки. У шасі акумулятора є перший слот для фіксації акумулятора, який адаптується до дна призматичної клітини, надійно затискаючи дно клітини. У верхній фіксованій ковпачку є другий слот для фіксації акумулятора, який адаптується до вершини призматичної клітини, надійно затискаючи верхню частину комірки. Нарешті, ремінь для упаковки встановлюється над шасі акумулятора та верхньої фіксованої кришки, щоб утворити єдину конструкцію фіксації акумулятора. Крім того, кожух модуля акумулятора оснащений компонентами проти ковзання та верхньою пластиною для фіксації розділів. Компоненти проти ковзання включають направляючі рейки з обох боків внутрішньої оболонки кожуха модуля акумулятора та обмежують ребра в нижній частині кожуха, що допомагає обмежити положення кожної батареї, запобігаючи струшуванню. Верхня пластина для фіксації розділів може бути знятої підключена до зовнішньої оболонки кожуха модуля акумулятора, натискання та фіксація верхівки декількох акумуляторних пакетів. Ця конструкція покращує безпеку фіксації призматичних комірок і забезпечує надійний захист додатків для зберігання батарей для зберігання енергії.

4. Підсумок проектування ключових балів

Ключові моменти проектних структурних компонентів клітин є численними, і ці моменти відіграють вирішальну роль у підвищенні безпеки та продуктивності літієвих батарей.

(a) Дизайн герметизації порту для ін'єкцій
Дизайн герметизації порту впорскування рідини безпосередньо пов'язаний із безпекою та тривалістю життя акумулятора. Вилка для ущільнення порту для ін'єкцій рідини, розроблена CATL, складається з металевої частини та гумової частини, з перешкодою в контактній точці з отвором для введення. У отворі для ін'єкцій також є поглиблення, а гумова частина герметичної пробки розроблена з випинанням, яка може взаємодіяти з поглибленням. Ця конструкція дозволяє зберігати охолодження при низьких температурах, ефективно запобігаючи утворенню металевих пучок та частинок, забезпечуючи надійну герметизацію порту впорскування рідини. У той же час, гумова частина запобігає металеві пучки та частинки потрапляти в оболонку акумулятора, забезпечуючи безпеку акумулятора. Структура механічної герметизації не потребує лазерного зварювання, спрощення процесу та значно зменшення витрат.

(b) Позитивна та негативна конструкція терміналів

Позитивний клем зазвичай виготовляється з алюмінію, тоді як негативний клем виготовлений з мідно-алюмінієвого композиту. Їх основна функція полягає у проведенні струму. У акумуляторі, вкладки верхньої кришки, шини та комірки зварені разом, щоб струм проходить через комірку для зарядки та розряду. У модулі термінал верхньої кришки є лазерним звареним і прикріпленим до шин, утворюючи серії/паралельні з'єднання. Крім того, безпосередньо з’єднання алюмінієвої оболонки та позитивного клеми може усунути різницю потенціалу між ними, запобігаючи корозії алюмінієвої оболонки.

(c) Підвищення позитивного термінального опору
Опір між позитивною кінцевою та алюмінієвою оболонкою дуже малий, на рівні міліохма. Коли відбувається коротке замикання, струм петлі великий, і це може спричинити іскру, що може призвести до пожежі акумулятора, створюючи значну небезпеку для безпеки. В даний час електропровідний пластиковий або кремній карбід часто додається між верхньою пластиною алюмінієвої оболонки та позитивним клемами для підвищення провідної опору між алюмінієвою оболонкою та позитивним терміналом. CATL також сконструював термістор PTC між позитивним терміналом та верхньою кришкою. Використовуючи характеристику термістора для зміни стійкості до температури, термістор PTC може швидко споживати внутрішню енергію, коли акумулятор живлення відчуває зовнішнє коротке замикання, запобігаючи тепловому шоку від надмірного тепла на резисторі. Це виключає проблему з низьким рівнем опору, що спричиняє плавлення, а також уникає таких проблем, як вогонь акумулятора або танення резистора через надмірну температуру.

(d) Дизайн вибуху та розвороту пластини
Як правило, верхня кришка літієвих батарейних батарей заліза використовує єдиний клапан, захищений від вибуху, з тиском відкриття 0. 4 0. 8 МПа. Коли внутрішній тиск збільшується і перевищує тиск відкриття клапана, захищеного вибухом, клапан розривається на виїмці та відкриється для тиску вивільнення. Для потрійних акумуляторних систем, крім клапана, захищеного від вибуху, також використовується конструкція комбінації пластини SSD. Тиск відкриття клапана, захищеного вибухом та тиск розвороту пластини SSD, як правило, {{1 0}}. 751,05 МПа та 0,45 ~ 0,5 МПа відповідно. Коли внутрішній тиск акумулятора збільшується до тиску на розвороті SSD, пластина розвороту виштовхується вгору, швидко відрізаючи струм. Одночасно дбить запобіжник алюмінієвої пластини, що спричиняє пряме коротке замикання між позитивними та негативними клемами верхньої кришки, швидко відрізаючи струм.

Ключові моменти проектних структурних компонентів клітин охоплюють декілька аспектів, включаючи герметизацію порту впорскування рідини, позитивну та негативну конструкцію терміналу, підвищення позитивної термінальної стійкості та конструкцію вибухових та реверсальних пластин. Ці елементи дизайну працюють разом для підвищення безпеки та продуктивності літієвих акумуляторів, забезпечуючи міцну технічну підтримку розвитку нових ринків енергетичного автомобіля та енергоносіїв.