Reka bentuk dan analisis komponen struktur sel prisma

一. Tinjauan Komponen Struktur Sel Prismatik
Komponen struktur sel prisma memainkan peranan penting dalam bateri litium. Mereka terutamanya berfungsi sebagai fungsi seperti penghantaran tenaga, pembendungan elektrolit, perlindungan keselamatan, sokongan bateri dan penetapan, dan hiasan luaran. Komponen ini secara langsung memberi kesan kepada keselamatan, prestasi pengedap, dan kecekapan penggunaan tenaga bateri litium.

Menurut data yang berkaitan, saiz pasaran komponen struktur bateri lithium di China mencapai 33.8 bilion yuan pada tahun 2022, yang mewakili pertumbuhan tahun ke tahun sebanyak 93.2%. Antaranya, komponen struktur bateri prisma telah lama menduduki majoriti pasaran komponen struktur, dengan bahagian pasaran setinggi 90.7%, manakala komponen struktur bateri silinder hanya menyumbang 9.3%. Penguasaan ini terutamanya disebabkan oleh perkembangan pesat pasaran kenderaan tenaga baru China, didorong oleh sokongan dasar kerajaan yang kukuh. Kapasiti pengeluaran pengeluar bateri dan bilangan sel per urutan telah meningkat dengan ketara, dan bateri prismatik lebih sesuai untuk memenuhi tuntutan pengeluaran berskala besar.

Komponen struktur sel prisma biasanya terdiri daripada shell dan plat penutup. Proses pembuatan shell agak mudah, terutamanya menggunakan proses lukisan yang berterusan, dan biasanya diperbuat daripada keluli atau aluminium. Ia menawarkan kekuatan struktur yang tinggi dan rintangan yang kuat terhadap beban mekanikal. Sebaliknya, proses pembuatan plat penutup biasanya jauh lebih kompleks daripada shell. Fungsi utamanya termasuk penetapan/pengedap, pengaliran semasa, pelepasan tekanan, perlindungan fius, dan mengurangkan kakisan elektrik. Sebagai contoh, penutup atas adalah laser yang dikimpal ke shell aluminium untuk merangkum dan menjamin sel kosong sambil memastikan struktur tertutup. Terminal, bar bas, dan sel penutup atas dikimpal untuk memastikan pengaliran semasa dan pelepasan semasa. Apabila bateri menghadapi keadaan yang tidak normal dan tekanan dalaman meningkat, injap keselamatan penutup atas terbuka untuk melepaskan tekanan, mengurangkan risiko letupan.

Komponen struktur sel prisma memainkan peranan yang sangat diperlukan dalam bateri lithium, dan prospek pasaran mereka menjadi semakin luas dengan pembangunan kenderaan tenaga baru dan pasaran penyimpanan tenaga.

2. Jenis dan fungsi komponen struktur

(a) shell
Sebagai komponen penting dalam komponen struktur sel prisma, shell memainkan peranan penting dalam penetapan, perlindungan, pengedap, dan pelesapan haba. Ia berfungsi sebagai penghalang antara bahan aktif di dalam sel dan persekitaran luaran sepanjang kitaran hayatnya, memberikan kestabilan struktur kepada sistem elektrokimia dalaman dan memastikan sel mengekalkan struktur stabil di bawah pelbagai keadaan.

Dari segi perlindungan, shell dapat menahan beban mekanikal tertentu, menghalang kesan luaran daripada merosakkan sel. Fungsi pengedapnya memastikan bahawa elektrolit tidak bocor, mengekalkan keadaan operasi normal bateri. Di samping itu, alat bantu shell dalam pelesapan haba dengan melepaskan haba yang dihasilkan semasa operasi bateri, dengan itu meningkatkan keselamatan bateri dan memanjangkan jangka hayatnya.

Proses pengeluaran shell terutamanya termasuk bahan mentah slit, ketepatan lukisan berterusan, pemotongan, pembersihan, pengeringan, dan pemeriksaan yang berterusan. Antaranya, ketepatan teknologi lukisan yang berterusan adalah aspek pengeluaran shell yang paling mencabar. Semasa proses ini, adalah penting untuk memastikan ketebalan dinding seragam dan mencegah patah tulang.

Berbanding dengan stamping satu langkah konvensional, ketepatan lukisan mendalam yang berterusan lebih sukar. Halangan terasnya terletak pada acuan dan peralatan lukisan. Acuan berkualiti tinggi dan peralatan lukisan maju adalah penting untuk memastikan ketepatan dimensi dan kestabilan prestasi shell.

(b) Plat penutup
Plat penutup memainkan peranan penting dalam komponen struktur sel prisma, menyediakan fungsi seperti sambungan, pengasingan, pengedap, dan perlindungan letupan.

Cap keluli terletak di bahagian atas plat penutup dan mempunyai kekuatan yang tinggi, menjadikannya tahan terhadap ubah bentuk di bawah daya luaran. Ia berfungsi untuk melindungi lembaran aluminium bukti letupan dan juga merupakan komponen untuk menghubungkan bateri dalam pek. Cincin pengedap terletak di pinggir paling luar plat penutup, mengasingkan bahagian logam dalaman topi gabungan dari shell keluli bateri. Ia menyediakan penebat untuk mengelakkan litar pintas dalaman dan juga memastikan pengedap selepas bateri dimeteraikan.

Komponen bukti letupan digunakan terutamanya untuk pemotongan kuasa dan pelepasan tekanan semasa beban bateri untuk mengelakkan letupan yang disebabkan oleh tekanan dalaman yang berlebihan. Ia terdiri daripada cincin pengasingan, lembaran aluminium ledakan letupan, dan menyambung lembaran aluminium. Lembaran aluminium bukti letupan terletak di tengah-tengah plat penutup dan merupakan komponen teras yang menentukan potongan litar dan pelepasan tekanan kritikal. Apabila tekanan dalaman bateri mencapai nilai tertentu, ia secara automatik meletup untuk melepaskan tekanan, memastikan keselamatan bateri. Lembaran aluminium yang menyambung terletak di bahagian bawah plat penutup dan disambungkan ke lembaran aluminium ledakan letupan oleh kimpalan laser. Sekiranya berlaku keadaan berbahaya, ia memutuskan sambungan dari lembaran aluminium ledakan. Cincin pengasingan terletak pada sambungan antara lembaran aluminium yang menghubungkan dan lembaran aluminium bukti letupan, memberikan pengasingan dan penebat.

Proses pengeluaran plat penutup lebih kompleks daripada cangkang dan terutamanya termasuk pengacuan stamping & suntikan, pemeriksaan komponen, pelekat, rendaman asfalt, pembalut kelebihan dan pembentukan, kimpalan tempat, pemasangan komponen, kimpalan tempat, perhimpunan akhir, dan pemeriksaan sebelum penyimpanan. Tahap ujian termasuk ujian tekanan letupan-bukti, ujian kebocoran helium, ujian rintangan dalaman, dan ujian rintangan. Tahap yang lebih mencabar dalam proses pengeluaran adalah bahagian stamping dan kimpalan, termasuk stamping topi keluli, stamping lembaran aluminium ledakan, menghubungkan stamping lembaran aluminium, stamping cincin pengedap, stamping cincin pengasingan, kimpalan geseran semasa pemasangan terminal, dan kimpalan laser semasa pemasangan.

(c) plat sambungan modul bateri

Plat sambungan modul bateri memainkan peranan penting dalam menghubungkan komponen modul bateri kuasa. Ia kebanyakannya dibuat menggunakan bahan komposit berbilang lapisan, dengan satu lapisan bertindak sebagai lapisan penyambung antara penyambung dan terminal untuk memastikan prestasi kimpalan yang baik. Penumpukan bahan berbilang lapisan memastikan kekonduksian elektrik plat sambungan. Selepas memproses plat asas dengan pelbagai lapisan kerajang, ia membentuk kawasan yang fleksibel untuk mengimbangi anjakan yang disebabkan oleh pengembangan sel bateri kuasa, mengurangkan kesan pada antara muka kekuatan rendah. Penyambung untuk modul bateri kuasa umumnya dalam bentuk segi empat tepat, trapezoid, segi tiga, atau melangkah. Permukaan sambungan disalut dengan 0.

3. Analisis kes reka bentuk

(a) Reka bentuk injap bukti letupan baru

Dalam jenis struktur sel prisma baru, injap bukti letupan diletakkan di seberang elektrod positif dan negatif, menghadap ke tanah. Reka bentuk ini menawarkan beberapa kelebihan. Pertama, dengan susun atur ini, ruang atas sel tidak perlu menempah ruang untuk injap letupan-bukti, sangat menjimatkan ruang dalaman dalam shell sel. Menurut data penyelidikan yang berkaitan, reka bentuk ini dapat meningkatkan ketumpatan tenaga volumetrik dengan kira -kira [x]%. Kedua, dalam aplikasi praktikal, jika produk mengalami pelarian terma disebabkan oleh suhu yang berlebihan, injap letupan-bukti akan pecah tanpa menimbulkan bahaya kepada penghuni kokpit dan kabin, dengan berkesan menghapuskan risiko keselamatan peribadi.

Sebagai contoh, dalam aplikasi praktikal dalam kenderaan tenaga baru, struktur sel prisma baru ini memberikan jaminan keselamatan yang lebih tinggi untuk penumpang.

(b) Reka bentuk bersepadu
Dalam sesetengah kes pembuatan struktur sel prisma, plat penyejukan cecair, busbar, dan pensampelan pensampelan direka dengan cara bersepadu. Reka bentuk ini mempunyai kelebihan yang ketara. Di satu pihak, plat penyejukan cecair dengan cepat mengurangkan suhu sel, memastikan sel beroperasi dalam julat suhu yang optimum, dengan itu meningkatkan prestasi sel dan jangka hayat. Sebagai contoh, dalam ujian praktikal, sel-sel prismatik dengan plat penyejukan cecair bersepadu dapat menurunkan suhu mereka dengan [x] di bawah operasi beban tinggi yang berterusan berbanding dengan reka bentuk tradisional. Sebaliknya, reka bentuk bersepadu mengurangkan bilangan komponen, memudahkan proses pemasangan, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Pada masa yang sama, reka bentuk bersepadu membantu mengurangkan kos keseluruhan dan meningkatkan daya saing pasaran produk.

(c) struktur pemasangan tab penuh
Reka bentuk klip musim bunga dalam tab penuh struktur sel prisma adalah unik. Klip musim bunga terdiri daripada plat rata pertama dan plat rata kedua, membentuk struktur berbentuk V yang diperbuat daripada logam elastik. Reka bentuk ini mempunyai kelebihan yang signifikan dalam menghubungkan tab dan plat penutup. Pertama, klip Spring berbentuk V elastik menggunakan daya pemulihannya sendiri untuk menekan kedua-dua plat penutup dan permukaan tab, mencapai sambungan elektrik. Daya elastik juga meningkatkan kekonduksian hubungan antara antara muka. Selagi daya elastik wujud, kekonduksian akan kekal, menghapuskan keperluan untuk sambungan yang dikimpal dan mengurangkan kesukaran pemasangan. Kedua, kawasan keratan rentas konduktif klip musim bunga bergantung kepada kawasan keratan rentas sambungan antara plat rata pertama dan kedua, yang lebih besar daripada sambungan yang dibentuk oleh bar konvensional dan kimpalan. Sebagai contoh, dalam ujian praktikal, sel -sel prismatik yang berkaitan dengan klip musim bunga mempamerkan keupayaan overcurrent yang lebih tinggi daripada yang menggunakan kaedah kimpalan tradisional, meningkat sebanyak [x]%.

(d) reka bentuk struktur tetap
Struktur tetap untuk sel prisma dan kaedah pembuatan selongsong modul bateri mempunyai nilai praktikal yang tinggi. Reka bentuk ini termasuk gabungan casis bateri, topi tetap atas, dan tali pembungkusan. Casis bateri mempunyai slot penetapan bateri pertama yang menyesuaikan diri dengan bahagian bawah sel prisma, dengan selamat mengepung bahagian bawah sel. Cap tetap atas mempunyai slot penetapan bateri kedua yang menyesuaikan diri dengan bahagian atas sel prisma, dengan selamat mengepung bahagian atas sel. Akhirnya, tali pembungkusan dipasang di atas casis bateri dan topi tetap atas untuk membentuk struktur penetapan pek bateri tunggal. Di samping itu, selongsong modul bateri dilengkapi dengan komponen anti-slip dan plat penetapan partition atas. Komponen anti-slip termasuk landasan panduan di kedua-dua belah cangkang dalaman selongsong modul bateri dan batas tulang rusuk di bahagian bawah selongsong, yang membantu mengehadkan kedudukan setiap pek bateri, menghalang goncangan. Plat penetapan partition atas boleh disambungkan ke shell luar selongsong modul bateri, menekan dan menetapkan bahagian atas pek bateri berganda. Reka bentuk ini meningkatkan keselamatan penetapan sel prisma dan menyediakan perlindungan yang boleh dipercayai untuk aplikasi kotak bateri penyimpanan tenaga.

4. Ringkasan Ringkasan Mata Utama

Titik utama reka bentuk komponen struktur sel prisma banyak, dan perkara -perkara ini memainkan peranan penting dalam meningkatkan keselamatan dan prestasi bateri litium.

(a) Reka bentuk pengedap pelabuhan suntikan cecair
Reka bentuk pengedap pelabuhan suntikan cecair secara langsung berkaitan dengan keselamatan dan jangka hayat bateri. Palam pengedap pelabuhan suntikan cecair yang direka oleh CATL terdiri daripada bahagian logam dan bahagian getah, dengan gangguan yang sesuai di titik hubungan dengan lubang suntikan. Lubang suntikan juga mempunyai rehat, dan bahagian getah palam pengedap direka dengan penonjolan yang boleh melibatkan diri dengan rehat. Reka bentuk ini membolehkan pemasangan penyejukan pada suhu rendah, dengan berkesan menghalang pembentukan burrs logam dan zarah, memastikan pengedap yang boleh dipercayai dari pelabuhan suntikan cecair. Pada masa yang sama, bahagian getah menghalang burrs logam dan zarah dari jatuh ke dalam shell bateri, memastikan keselamatan bateri. Struktur pengedap mekanikal tidak memerlukan kimpalan laser, memudahkan proses dan mengurangkan kos dengan ketara.

(b) Reka bentuk terminal positif dan negatif

Terminal positif biasanya diperbuat daripada aluminium, manakala terminal negatif diperbuat daripada komposit tembaga-aluminium. Fungsi utama mereka adalah untuk menjalankan arus. Dalam bateri, terminal penutup atas, busbar, dan tab sel dikimpal bersama untuk memastikan semasa melewati sel untuk mengecas dan menunaikan. Dalam modul, terminal penutup atas adalah laser yang dikimpal dan digerakkan ke busbar, membentuk siri/sambungan selari. Di samping itu, secara langsung menghubungkan shell aluminium dan terminal positif dapat menghapuskan perbezaan potensi antara kedua -dua, menghalang kakisan shell aluminium.

(c) Meningkatkan rintangan terminal positif
Rintangan antara terminal positif dan shell aluminium sangat kecil, di peringkat milliohm. Apabila litar pintas berlaku, arus gelung adalah besar, dan ini boleh menyebabkan percikan, yang boleh menyebabkan kebakaran bateri, menimbulkan bahaya keselamatan yang ketara. Pada masa ini, plastik konduktif atau karbida silikon sering ditambah di antara plat penutup atas shell aluminium dan terminal positif untuk meningkatkan rintangan konduktif antara shell aluminium dan terminal positif. CATL juga telah merancang termistor PTC antara terminal positif dan plat penutup atas. Dengan menggunakan ciri termistor untuk mengubah rintangan dengan suhu, termistor PTC dengan cepat dapat menggunakan tenaga dalaman apabila bateri kuasa mengalami litar pintas luaran, mencegah kejutan haba dari haba yang berlebihan pada perintang. Ini menghilangkan isu rintangan rendah yang menyebabkan lebur sementara juga mengelakkan masalah seperti kebakaran bateri atau pencairan perintang akibat suhu yang berlebihan.

(d) Reka bentuk plat bukti letupan dan pembalikan
Umumnya, penutup atas bateri fosfat lithium menggunakan injap ledakan tunggal, dengan tekanan pembukaan 0. 4 0. 8 MPa. Apabila tekanan dalaman meningkat dan melebihi tekanan pembukaan injap letupan, injap akan pecah di takik dan terbuka untuk melepaskan tekanan. Untuk sistem bateri ternary, sebagai tambahan kepada injap letupan-bukti, reka bentuk gabungan plat pembalikan SSD juga digunakan. Tekanan pembukaan injap letupan dan tekanan pembalikan plat SSD biasanya {{1 0}}. 751.05 MPa dan 0.45 ~ 0.5 MPa. Apabila tekanan dalaman bateri meningkat kepada tekanan pembalikan SSD, plat pembalikan ditolak ke atas, dengan cepat memotong arus. Pada masa yang sama, pukulan plat sambungan aluminium, menyebabkan litar pintas langsung antara terminal positif dan negatif penutup atas, dengan cepat memotong arus.

Titik utama reka bentuk komponen struktur sel prisma meliputi beberapa aspek, termasuk pengedap pelabuhan suntikan cecair, reka bentuk terminal positif dan negatif, meningkatkan rintangan terminal positif, dan reka bentuk plat letupan dan pembalikan. Unsur -unsur reka bentuk ini berfungsi bersama untuk meningkatkan keselamatan dan prestasi bateri litium, memberikan sokongan teknikal yang kukuh untuk pembangunan pasaran tenaga dan pasaran tenaga baru.