Design og analyse av prismatiske cellestrukturelle komponenter

一. Oversikt over prismatiske cellestrukturelle komponenter
Prismatiske cellestrukturelle komponenter spiller en avgjørende rolle i litiumbatterier. De serverer først og fremst funksjoner som energioverføring, elektrolyttinneslutning, sikkerhetsbeskyttelse, batteristøtte og fiksering og utvendig dekorasjon. Disse komponentene påvirker direkte sikkerhets-, tetningsytelsen og energiutnyttelseseffektiviteten til litiumbatterier.

I følge relevante data nådde markedsstørrelsen på litiumbatteriets strukturelle komponenter i Kina 33,8 milliarder yuan i 2022, noe som representerte en vekst på 93,2%fra året før. Blant dem har prismatiske batteriets strukturelle komponenter lenge okkupert majoriteten av det strukturelle komponentmarkedet, med en markedsandel så høyt som 90,7%, mens sylindriske batteriets strukturelle komponenter bare utgjør 9,3%. Denne dominansen skyldes hovedsakelig den raske utviklingen av Kinas nye energikjøretøymarked, drevet av sterk regjeringspolitisk støtte. Produksjonskapasiteten til batteriprodusenter og antall celler per ordre har økt betydelig, og prismatiske batterier er bedre egnet til å imøtekomme kravene til storstilt produksjon.

Prismatiske cellestrukturelle komponenter er vanligvis sammensatt av et skall og en dekkplate. Shell -produksjonsprosessen er relativt enkel, først og fremst ved bruk av kontinuerlige dype tegningsprosesser, og er vanligvis laget av stål eller aluminium. Det gir høy strukturell styrke og sterk motstand mot mekaniske belastninger. I kontrast er produksjonsprosessen til dekkplaten vanligvis langt mer kompleks enn skallet. Hovedfunksjonene inkluderer fiksering/forsegling, gjeldende ledning, trykkavlastning, sikringsbeskyttelse og redusering av elektrisk korrosjon. For eksempel er toppdekselet laser sveiset til aluminiumskallet for å innkapsling og feste den nakne cellen, samtidig som du sikrer en forseglet struktur. Toppdekselets terminaler, samleskinner og celle -faner er sveiset for å sikre riktig ladning og utladning av strømledningen. Når batteriet møter en unormal situasjon og internt trykk øker, åpnes toppdeksets sikkerhetsventil for å frigjøre trykket, noe som reduserer risikoen for eksplosjon.

Prismatiske cellestrukturelle komponenter spiller en uunnværlig rolle i litiumbatterier, og deres markedsutsikter blir stadig mer brede med utviklingen av det nye energikjøretøyet og energilagringsmarkedene.

2. Typer og funksjoner av strukturelle komponenter

(a) Skall
Som en avgjørende komponent i prismatiske cellestrukturelle komponenter, spiller skallet viktige roller i fiksering, beskyttelse, forsegling og varmeavledning. Det fungerer som en barriere mellom de aktive materialene inne i cellen og det ytre miljø gjennom hele livssyklusen, og gir strukturell stabilitet til det interne elektrokjemiske systemet og sikrer at cellen opprettholder en stabil struktur under forskjellige forhold.

Når det gjelder beskyttelse, tåler skallet visse mekaniske belastninger, og forhindrer ytre påvirkninger fra å skade cellen. Tetningsfunksjonen sikrer at elektrolytten ikke lekker, og opprettholder den normale driftstilstanden til batteriet. I tillegg hjelper skallet i varmeavledning ved å frigjøre varme generert under batteridrift, og dermed forbedre batteriets sikkerhet og forlenge levetiden.

Produksjonsprosessen til skallet inkluderer hovedsakelig råstoff, presisjon kontinuerlig dyp tegning, skjæring, rengjøring, tørking og inspeksjon. Blant disse er Precision Continuous Deep Drawing Technology det mest utfordrende aspektet ved skallproduksjon. Under denne prosessen er det viktig å sikre jevn veggtykkelse og forhindre brudd.

Sammenlignet med konvensjonell stempling med ett trinn, er kontinuerlig dyp tegning vanskeligere. Kjernebarrierer ligger i formene og tegneutstyr. Former av høy kvalitet og avansert tegneutstyr er avgjørende for å sikre dimensjonal nøyaktighet og ytelsesstabiliteten til skallet.

(b) Dekkplate
Dekkplaten spiller en avgjørende rolle i prismatiske cellestrukturelle komponenter, og gir funksjoner som tilkobling, isolasjon, forsegling og eksplosjonsbeskyttelse.

Stålhetten er plassert på toppen av dekkplaten og har en høy styrke, noe som gjør den motstandsdyktig mot deformasjon under ytre krefter. Det tjener til å beskytte eksplosjonssikre aluminiumsark og er også en komponent for å koble batterier i pakken. Tetningsringen er plassert på den ytterste kanten av dekkplaten, og isolerer de indre metalldelene av den kombinerte hetten fra batteriets stålskall. Det gir isolasjon for å forhindre interne kortslutning og sikrer også forsegling etter at batteriet er forseglet.

Den eksplosjonssikre komponenten brukes først og fremst til strømavskjæring og trykkavlastning under overbelastning av batteriet for å forhindre en eksplosjon forårsaket av overdreven indre trykk. Den består av en isolasjonsring, eksplosjonssikker aluminiumsark og tilkobling av aluminiumsark. Eksplosjonssikre aluminiumsark er plassert midt på dekkplaten og er kjernekomponenten som bestemmer kretsavskjæringen og frigjøring av kritisk trykk. Når det indre trykket til batteriet når en viss verdi, sprenger det automatisk for å frigjøre trykket, noe som sikrer sikkerheten til batteriet. Det tilkoblende aluminiumsarket er plassert i bunnen av dekkplaten og er koblet til eksplosjonssikre aluminiumsark ved lasersveising. I tilfelle en farlig situasjon, kobler den fra det eksplosjonssikre aluminiumsarket. Isolasjonsringen er plassert ved forbindelsen mellom det tilkoblende aluminiumsarket og eksplosjonssikre aluminiumsark, og gir isolasjon og isolasjon.

Produksjonsprosessen til dekkplaten er mer kompleks enn skallet og inkluderer hovedsakelig stempling og injeksjonsstøping, komponentinspeksjon, liming, asfalt nedsenking, kantinnpakning og forming, spotsveising, komponentmontering, spotsveising, sluttmontering og inspeksjon før lagring. Testtrinnene inkluderer eksplosjonssikre trykkprøving, heliumlekkasjetesting, intern motstandstesting og motstandstesting. De mer utfordrende stadiene i produksjonsprosessen er stempling og sveisedeler, inkludert ståldekkstemping, eksplosjonssikre stemplering av aluminiumsark, kobling av aluminiumsarkstempel, tetningsringstempling, isolasjonsringstempling, friksjonssveising under terminalinstallasjon og laserveis under montering.

(c) Tilkoblingsplate for batterimodul

Tilkoblingsplaten til batterimodulen spiller en viktig rolle i å koble komponentene i strømbatteri -modulen. Det er for det meste laget med flerlags komposittmaterialer, med ett lag som fungerer som forbindelseslaget mellom kontakten og terminalen for å sikre god sveiseytelse. Flerlagsmaterialet stabling sikrer den elektriske konduktiviteten til tilkoblingsplaten. Etter å ha behandlet grunnplaten med flere lag med folie, danner det et fleksibelt område for å kompensere for forskyvning forårsaket av utvidelsen av strømbatteriets celle, noe som reduserer påvirkningen på grensesnitt med lav styrke. Kontaktene for strømbatterimoduler er vanligvis i rektangulære, trapesformet, trekantede eller tråkkede former. Tilkoblingsoverflaten er belagt med 0. 1 mm tykk nikkelbelagt kobberfolie, som er utsatt for oksidasjon og misfarging ved høye temperaturer under sveising, og krever polering og rengjøring uten å skade overflatebelegget.

3. Design saksanalyse

(a) Design av ny eksplosjonssikker ventil

I en ny type prismatisk cellestruktur er den eksplosjonssikre ventilen plassert på motsatt side av de positive og negative elektrodene, vendt mot bakken. Denne designen gir flere fordeler. For det første, med denne utformingen, trenger ikke det øvre rommet til cellen å reservere plass for den eksplosjonssikre ventilen, og sparer indre rom i celleskallet. I henhold til relevante forskningsdata kan denne utformingen øke den volumetriske energitettheten med omtrent [x]%. For det andre, i praktiske anvendelser, hvis produktet opplever termisk løp på grunn av overdreven temperatur, vil eksplosjonssikre ventil sprekke uten å utgjøre en fare for cockpit og kabinpersoner, og eliminere personlig sikkerhetsrisiko.

For eksempel, i praktiske anvendelser i nye energikjøretøyer, gir denne nye prismatiske cellestrukturen høyere sikkerhetssikring for passasjerer.

(b) Integrert design
I noen tilfeller av pris av prismatisk cellestruktur er den flytende kjøleplaten, buslelen og prøvetakingsselen designet på en integrert måte. Denne designen har betydelige fordeler. På den ene siden reduserer væskekjølsplaten raskt celletemperaturen, og sikrer at cellen fungerer innenfor et optimalt temperaturområde, og forbedrer dermed celleytelsen og levetiden. For eksempel, i praktiske tester, var prismatiske celler med integrerte væskekjølsplater i stand til å senke temperaturen med [x] grad under kontinuerlig høye belastningsdrift sammenlignet med tradisjonelle design. På den annen side reduserer den integrerte designen antall komponenter, forenkler monteringsprosessen og forbedrer produksjonseffektiviteten. Samtidig bidrar den integrerte designen til å redusere de samlede kostnadene og forbedrer produktets markedskonkurranse.

(c) Full fane monteringsstruktur
Utformingen av fjærklippet i den fulle fanen Prismatiske cellestruktur er unik. Springklemmen består av en første flat plate og en andre flatplate, og danner en V-formet struktur laget av elastisk metall. Denne designen har betydelige fordeler ved å koble til fanene og dekkplaten. For det første bruker det elastiske V-formede fjærklippet sin egen reboundkraft for å presse mot både dekkplaten og fanen overflater, og oppnår en elektrisk forbindelse. Den elastiske kraften forbedrer også kontaktsledningsevnen mellom grensesnittene. Så lenge den elastiske kraften eksisterer, vil konduktiviteten forbli, eliminere behovet for sveisede tilkoblinger og redusere monteringsvansker. For det andre avhenger det ledende tverrsnittsarealet til fjærklippet av tverrsnittsområdet til forbindelsen mellom den første og andre flate platene, som er større enn forbindelsen dannet av konvensjonelle samleskinner og sveiser. For eksempel, i praktiske tester, viste prismatiske celler forbundet med fjærklipp en høyere overstrøms evne enn de som bruker tradisjonelle sveisemetoder, og forbedret med [x]%.

(d) Design av fast struktur
Den faste strukturen for prismatiske celler og produksjonsmetoden for batterimodulhuset har høy praktisk verdi. Designet inkluderer kombinasjonen av batterichassis, topp faste hette og pakkestropper. Batteriets chassis har et første batterifestingsspor som tilpasser seg bunnen av den prismatiske cellen, og klemmer bunnen av cellen sikkert. Den øverste faste hetten har et annet batterifestingsspor som tilpasser seg toppen av den prismatiske cellen, og klemmer toppen av cellen sikkert. Endelig er pakningsstroppen montert over batteriets chassis og den øverste faste hetten for å danne en enkelt batteripakkefikseringsstruktur. I tillegg er batterimodulhuset utstyrt med anti-sklisikre komponenter og en topppartisjon fikseringsplate. Anti-sklisikringskomponentene inkluderer føringsskinner på begge sider av det indre skallet til batterimodulhuset og begrenser ribbeina i bunnen av foringsrøret, noe som hjelper til med å begrense plasseringen til hver batteripakke, og forhindrer risting. Den øverste partisjonens fikseringsplate kan kobles sammen med det ytre skallet til batterimodulhuset, trykke og fikse toppen av flere batteripakker. Denne utformingen forbedrer fikseringssikkerheten til de prismatiske cellene og gir pålitelig beskyttelse for applikasjoner for energilagringsbatteriboks.

4. Design nøkkelpunkter sammendrag

Design nøkkelpunktene for prismatiske cellestrukturelle komponenter er mange, og disse punktene spiller en avgjørende rolle i å forbedre sikkerheten og ytelsen til litiumbatterier.

(a) Design av flytende injeksjonsportforsegling
Tetningsdesignet til væskeinjeksjonsporten er direkte relatert til batteriets sikkerhet og levetid. Flytende injeksjonsportforseglingsplugg designet av CATL består av en metalldel og en gummidel, med en interferens som passer på kontaktpunktet med injeksjonshullet. Injeksjonshullet har også en fordypning, og gummi -delen av tetningspluggen er designet med en fremspring som kan delta i fordypningen. Denne utformingen muliggjør kjøleenhet ved lave temperaturer, og forhindrer effektivt dannelse av metallburr og partikler, noe som sikrer pålitelig tetning av væskeinjeksjonsporten. Samtidig forhindrer gummi -delen metallburr og partikler i å falle inn i batteriets skall, noe som sikrer batterisikkerhet. Den mekaniske tetningsstrukturen krever ikke lasersveising, forenkle prosessen og reduserer kostnadene betydelig.

(b) Positiv og negativ terminaldesign

Den positive terminalen er vanligvis laget av aluminium, mens den negative terminalen er laget av en kobberaluminium-kompositt. Deres primære funksjon er å utføre strøm. I batteriet sveises den øverste dekselterminalen, buslelen og celletappene sammen for å sikre at strømmen går gjennom cellen for lading og utslipp. I modulen er den øverste dekselterminalen laser-sveiset og boltet til buslelen, og danner serie/parallelle tilkoblinger. I tillegg kan det å koble aluminiumskallet direkte og den positive terminalen eliminere potensialforskjellen mellom de to, og forhindre korrosjon av aluminiumskall.

(c) Øke positiv terminalmotstand
Motstanden mellom den positive terminal- og aluminiumskallet er veldig liten, på MilliohM -nivå. Når en kortslutning oppstår, er sløyfestrømmen stor, og dette kan forårsake gnist, noe som kan føre til en batteribrann, og utgjør en betydelig sikkerhetsfare. Foreløpig tilsettes ofte ledende plast- eller silisiumkarbid mellom aluminiumskallets toppdekkeplate og den positive terminalen for å øke den ledende motstanden mellom aluminiumskallet og den positive terminalen. CATL har også designet en PTC -termistor mellom den positive terminalen og den øverste dekkplaten. Ved å bruke termistorens kjennetegn ved å endre motstand med temperatur, kan PTC -termistoren raskt konsumere indre energi når strømbatteriet opplever en ekstern kortslutning, og forhindrer termisk støt fra overdreven varme på motstanden. Dette eliminerer spørsmålet om lav motstand som forårsaker smelting, samtidig som du unngår problemer som batteribrann eller motstandsmelting på grunn av overdreven temperatur.

(d) Eksplosjonssikker og reverseringsplateutforming
Generelt bruker toppdekselet av litiumjernfosfatbatterier en enkelt eksplosjonssikker ventil, med et åpningstrykk på 0. 4 0. 8 MPa. Når det indre trykket øker og overstiger åpningstrykket til eksplosjonssikre ventil, vil ventilen sprekke på hakket og åpne for frigjøringstrykk. For ternære batterisystemer, i tillegg til eksplosjonssikre ventil, brukes også en SSD-reverseringsplate-kombinasjonsdesign. Åpningstrykket til eksplosjonssikre ventil og reverseringstrykket til SSD-platen er vanligvis {{1 0}}. 751,05 MPa og 0,45 ~ 0,5 MPa. Når det indre trykket til batteriet øker til SSD -reverseringstrykket, skyves reverseringsplaten oppover, og kutter raskt av strømmen. Samtidig blåser aluminiumtilkoblingsplaten sikring, noe som forårsaker en direkte kortslutning mellom de positive og negative terminalene på toppdekselet, og kutter raskt av strømmen.

Design-nøkkelpunktene for prismatiske cellestrukturelle komponenter dekker flere aspekter, inkludert væskeinjeksjonsportforsegling, positiv og negativ terminal design, øker positiv terminalmotstand og utformingen av eksplosjonssikre og reverseringsplater. Disse designelementene fungerer sammen for å forbedre sikkerheten og ytelsen til litiumbatterier, og gir solid teknisk støtte for utvikling av det nye energikjøretøyet og energilagringsmarkedene.