Проектиране и анализ на призматични клетъчни структурни компоненти

一. Преглед на призматичните клетъчни структурни компоненти
Призматичните клетъчни структурни компоненти играят решаваща роля в литиевите батерии. Те обслужват основно функции като предаване на енергия, ограничаване на електролитите, защита на безопасността, поддръжка и фиксиране на батерията и външна декорация. Тези компоненти влияят пряко върху ефективността на безопасността, уплътняването и използването на енергията на литиевите батерии.

Според съответните данни размерът на пазара на структурните компоненти на литиевата батерия в Китай достига 33,8 милиарда юана през 2022 г., което представлява ръст на годишна база от 93,2%. Сред тях призматичните структурни компоненти на батерията отдавна заемат по -голямата част от пазара на структурните компоненти, като пазарен дял достига 90,7%, докато цилиндричните структурни компоненти на батерията представляват само 9,3%. Това господство се дължи главно на бързото развитие на новия пазар на енергийни превозни средства в Китай, обусловен от силната подкрепа на правителствената политика. Производственият капацитет на производителите на батерии и броят на клетките на поръчка се увеличиха значително и призматичните батерии са по-подходящи за посрещане на нуждите на мащабно производство.

Призматичните клетъчни структурни компоненти обикновено са съставени от обвивка и покривна плоча. Процесът на производство на черупки е сравнително прост, предимно използва непрекъснати процеси на дълбоко рисуване и обикновено е направен от стомана или алуминий. Той предлага висока структурна якост и силна устойчивост на механични натоварвания. За разлика от това, производственият процес на покривната плоча обикновено е далеч по -сложен от този на черупката. Основните му функции включват фиксиране/уплътняване, текуща проводимост, облекчаване на налягането, защита от предпазители и намаляване на електрическата корозия. Например, горният капак е лазерно заварен към алуминиевата обвивка, за да капсулира и закрепи голата клетка, като същевременно гарантира запечатана структура. Клесовете, шините и клетъчните раздели на горния капак са заварени, за да се осигури правилното проводимост на заряда и изпускането на тока. Когато батерията срещне ненормална ситуация и вътрешното налягане се увеличава, предпазният клапан на горния капак се отваря, за да освободи налягането, намалявайки риска от експлозия.

Призматичните клетъчни структурни компоненти играят незаменима роля в литиевите батерии, а техните пазарни перспективи стават все по -широки с развитието на новите пазари за енергийно превозно средство и енергия.

2. Видове и функции на структурните компоненти

а) Черупка
Като решаващ компонент на призматичните клетъчни структурни компоненти, обвивката играе ключови роли във фиксиране, защита, уплътняване и разсейване на топлина. Той служи като бариера между активните материали вътре в клетката и външната среда през целия му жизнен цикъл, осигурявайки структурна стабилност на вътрешната електрохимична система и гарантира, че клетката поддържа стабилна структура при различни условия.

По отношение на защитата, черупката може да издържи на определени механични натоварвания, предотвратявайки увреждането на външните удари. Неговата функция за уплътняване гарантира, че електролитът не изтича, поддържайки нормалното работно състояние на батерията. Освен това, черупката подпомага разсейването на топлина чрез освобождаване на топлина, генерирана по време на работата на батерията, като по този начин повишава безопасността на батерията и удължава живота му.

Производственият процес на черупката включва главно подстригване на суровини, прецизно непрекъснато дълбоко рисуване, рязане, почистване, сушене и проверка. Сред тях прецизната технология за непрекъснато дълбоко рисуване е най -предизвикателният аспект на производството на черупки. По време на този процес е от съществено значение да се осигури еднаква дебелина на стената и да се предотвратят фрактури.

В сравнение с конвенционалното щамповане на една стъпка, прецизното непрекъснато дълбоко рисуване е по-трудно. Основните му бариери се намират във формите и оборудването за рисуване. Висококачествените форми и усъвършенстваното оборудване за рисуване са от решаващо значение за осигуряване на точността на размерите и стабилността на производителността на черупката.

(б) Плавка за покритие
Покривната плоча играе решаваща роля в призматичните клетъчни структурни компоненти, осигурявайки функции като връзка, изолация, уплътняване и защита на експлозията.

Стоманената капачка е разположена в горната част на покривната плоча и има висока якост, което я прави устойчив на деформация при външни сили. Той служи за защита на алуминиевия лист, защитен от експлозия, а също така е компонент за свързване на батерии в опаковката. Уплътнителният пръстен е разположен на най -външния ръб на покривната плоча, изолирайки вътрешните метални части на комбинираната капачка от стоманената обвивка на батерията. Той осигурява изолация за предотвратяване на вътрешни късо съединение и също така гарантира запечатване след запечатана батерия.

Компонентът, устойчив на експлозия, се използва предимно за прекъсване на захранването и облекчаване на налягането по време на претоварване на батерията, за да се предотврати експлозия, причинена от прекомерно вътрешно налягане. Състои се от изолационен пръстен, алуминиев лист, устойчив на експлозия и свързващ алуминиев лист. Алуминиевият лист, устойчив на експлозия, е разположен в средата на покривната плоча и е основният компонент, който определя прекъсването на веригата и освобождаването на критичното налягане. Когато вътрешното налягане на батерията достигне определена стойност, то автоматично се спуква, за да освободи налягането, като гарантира безопасността на батерията. Свързващият алуминиев лист е разположен в долната част на покривната плоча и е свързан към алуминиевия лист, устойчив на експлозия, чрез лазерно заваряване. В случай на опасна ситуация, тя се изключва от алуминиевия лист, устойчив на експлозия. Изолационният пръстен е разположен при връзката между свързващия алуминиев лист и алуминиевия лист, устойчив на експлозия, осигурявайки изолация и изолация.

Производственият процес на покривната плоча е по -сложен от този на черупката и главно включва щамповане и инжекционно формоване, проверка на компонентите, залепване, асфалтово потапяне, опаковане и оформяне на ръбовете, заваряване на точките, сглобяване на компоненти, заваряване на петна, окончателен сглобяване и проверка преди съхранение. Етапите на тестване включват тестване на налягане, устойчиво на експлозия, тестване на хелий за изтичане на хелий, тестване на вътрешно съпротивление и тестване на устойчивост. По-предизвикателните етапи в производствения процес са части за щамповане и заваряване, включително щамповане на стоманена капачка, щамповане на алуминий, устойчив на експлозия, свързване на щамповане на алуминиев лист, щамповане на уплътняващ пръстен, щамповане на изолационен пръстен, заваряване на триене по време на монтажа на терминал и лазерно заваряване по време на сглобяване.

(c) Табела за свързване на модула на батерията

Свързването на модула на батерията играе важна роля за свързване на компонентите на модула за захранване на батерията. Той е направен най-вече с помощта на многослойни композитни материали, като един слой действа като свързващ слой между конектора и терминала, за да се осигури добри характеристики на заваряване. Многослойното подреждане на материали гарантира електрическата проводимост на свързващата плоча. След обработката на основната плоча с множество слоеве фолио, тя образува гъвкава зона за компенсиране на изместването, причинено от разширяването на клетъчната батерия на мощността, намалявайки въздействието върху интерфейсите с ниска якост. Конекторите за модули за захранване на батерията обикновено са в правоъгълни, трапецовидни, триъгълни или стъпаловидни форми. Повърхността на връзката е покрита с 0. Медно фолио с дебелина 1 мм, което е предразположено към окисляване и обезцветяване при високи температури по време на заваряване, което изисква полиране и почистване, без да повреди повърхностното покритие.

3. Анализ на случая на дизайн

(A) Дизайн на нов клапан, устойчив на експлозия

При нов тип призматична клетъчна структура, клапанът, устойчив на експлозия, е разположен от противоположната страна на положителните и отрицателните електроди, обърнат към земята. Този дизайн предлага няколко предимства. Първо, с това оформление горното пространство на клетката не е необходимо да резервира пространство за клапана, устойчив на експлозия, което значително спестява вътрешното пространство в клетъчната обвивка. Според съответните данни за изследването, този дизайн може да увеличи обемната енергийна плътност с приблизително [x]%. Второ, в практически приложения, ако продуктът изпита термично бягство поради прекомерна температура, клапанът, устойчив на експлозия, ще се разкъса, без да представлява опасност за обитателите на пилотската кабина и кабината, като ефективно елиминира личните рискове за безопасност.

Например, в практически приложения в новите енергийни превозни средства, тази нова призматична клетъчна структура осигурява по -голяма осигуряване на безопасността за пътниците.

(б) Интегриран дизайн
В някои случаи на производство на призматична клетъчна структура, течната охлаждаща плоча, шината и сбруя за вземане на проби са проектирани по интегриран начин. Този дизайн има значителни предимства. От една страна, течната охлаждаща плоча бързо намалява температурата на клетката, като гарантира, че клетката работи в оптимален температурен диапазон, като по този начин подобрява работата на клетките и живота. Например, при практически тестове призматичните клетки с интегрирани течни охлаждащи плочи бяха в състояние да понижат температурата си с [X] градус при непрекъсната работа с високо натоварване в сравнение с традиционните дизайни. От друга страна, интегрираният дизайн намалява броя на компонентите, опростява процеса на сглобяване и подобрява ефективността на производството. В същото време интегрираният дизайн помага за намаляване на общите разходи и повишава пазарната конкурентоспособност на продукта.

в) Структура на сглобяването на пълния раздел
Дизайнът на пружинния клип в пълната призматична клетъчна структура е уникален. Изворният клип се състои от първа плоска плоча и втора плоска плоча, образуваща V-образна конструкция, изработена от еластичен метал. Този дизайн има значителни предимства при свързването на раздели и покривната плоча. Първо, еластичният V-образен пружинен клип използва своя собствена сила на отскок, за да се притиска както към покриващата плоча, така и на повърхностите на раздела, постигайки електрическа връзка. Еластичната сила също подобрява контактната проводимост между интерфейсите. Докато съществува еластичната сила, проводимостта ще остане, като елиминира нуждата от заварени връзки и намалява затрудненията на монтажа. Второ, проводимата площ на напречното сечение на пружинния клип зависи от площта на напречното сечение на връзката между първите и втората плоска плочи, която е по-голяма от връзката, образувана от конвенционални шини и заварки. Например, при практически тестове призматичните клетки, свързани с пружинни клипове, показват по -висока способност за свръхток от тези, използващи традиционните методи за заваряване, подобрявайки се с [x]%.

(г) Фиксиран дизайн на структурата
Фиксираната структура за призматичните клетки и метода на производство на корпуса на модула на батерията имат висока практическа стойност. Дизайнът включва комбинацията от шасито на батерията, горната фиксирана капачка и опаковъчните ленти. Шасито на батерията има първи слот за фиксиране на батерията, който се адаптира към долната част на призматичната клетка, като надеждно затяга дъното на клетката. Горната фиксирана капачка има втори слот за фиксиране на батерията, който се адаптира към горната част на призматичната клетка, като надеждно затяга горната част на клетката. Накрая, опаковъчната лента е монтирана върху шасито на батерията и горната фиксирана капачка, за да се образува една структура на фиксиране на батерията. Освен това корпусът на модула на батерията е оборудван с компоненти против приплъзване и плоча за фиксиране на горната част. Компонентите против приплъзване включват водещи релси от двете страни на вътрешната обвивка на корпуса на модула на батерията и граничните ребра в долната част на корпуса, които помагат да се ограничи позицията на всяка батерия, предотвратявайки разклащането. Най -горната фиксираща плоча на дяла може да бъде разглобена свързана към външната обвивка на корпуса на модула на батерията, натискане и фиксиране на върховете на множество батерии. Този дизайн подобрява безопасността на фиксирането на призматичните клетки и осигурява надеждна защита за приложения за батерия за съхранение на енергия.

4. Обобщение на ключовите точки на дизайна

Ключовите точки на дизайна на призматичните клетъчни структурни компоненти са многобройни и тези точки играят решаваща роля за подобряване на безопасността и работата на литиевите батерии.

(A) Дизайн на уплътняване на течен впръскващ порт
Дизайнът на уплътнител на пристанището за инжектиране на течност е пряко свързан с безопасността и живота на батерията. Уплътнителният щепсел за инжекционен отвор за течност, проектиран от CATL, се състои от метална част и гумена част, с интерференция, прилягаща в контактната точка с отвора за инжектиране. В инжекционния отвор също се отличава с вдлъбнатина, а гумената част на уплътнителната тапа е проектирана с изпъкналост, която може да се ангажира с вдлъбнатината. Този дизайн позволява охлаждащ сглобяване при ниски температури, като ефективно предотвратява образуването на метални бури и частици, като се гарантира надеждно уплътняване на течността в инжекционния отвор. В същото време гумената част предотвратява падането на метални бури и частици в черупката на батерията, като гарантира безопасността на батерията. Механичната уплътнителна структура не изисква лазерно заваряване, опростявайки процеса и значително намаляване на разходите.

б) положителен и отрицателен терминална дизайн

Положителният терминал обикновено е изработен от алуминий, докато отрицателният терминал е направен от меден алуминиев композит. Основната им функция е да провеждат ток. В батерията, горният клемен на капака, шината и клетъчните раздели се заваряват заедно, за да се гарантира, че токът преминава през клетката за зареждане и изхвърляне. В модула горният терминал на капака е лазерно заварен и закрепен към шината, образувайки серия/паралелни връзки. Освен това, директно свързването на алуминиевата обвивка и положителния терминал може да елиминира потенциалната разлика между двете, предотвратявайки корозията на алуминиевата обвивка.

в) Увеличаване на положителната терминална устойчивост
Устойчивостта между положителния терминал и алуминиевата обвивка е много малка, на ниво Milliohm. Когато се появи късо съединение, токът на контура е голям и това може да причини искри, което може да доведе до пожар на батерията, което представлява значителна опасност за безопасността. Понастоящем често се добавя проводим пластмасов или силициев карбид между горната покривна плоча на алуминиевата обвивка и положителния терминал за увеличаване на проводимата устойчивост между алуминиевата обвивка и положителния терминал. CATL също е проектирал PTC термистор между положителния терминал и горната покривна плоча. Използвайки характеристиката на термистора за промяната на съпротивлението с температурата, PTC термисторът може бързо да консумира вътрешна енергия, когато захранващата батерия изпита външна късо съединение, предотвратявайки термичния шок от прекомерна топлина на резистора. Това елиминира въпроса за ниската устойчивост, причинявайки топене, като същевременно избягва проблеми като пожар на батерията или топене на резистор поради прекомерна температура.

г) Дизайн на експлозия и реверсивна плоча
Като цяло горният капак на литиево-железни фосфатни батерии използва единичен клапан, устойчив на експлозия, с налягане на отваряне 0. 4 0. 8 MPa. Когато вътрешното налягане се увеличи и надвишава налягането на отваряне на клапана, устойчив на експлозия, клапанът ще се разкъса на прореза и ще се отвори, за да освободи налягането. За тройните системи на батерията, в допълнение към клапана, устойчив на експлозия, се използва и комбиниран дизайн на SSD обратна плоча. Налягането на отваряне на клапана, устойчив на експлозия и налягането на обръщане на SSD плочата обикновено са {{1 0}}. 751.05 MPa и 0.45 ~ 0.5 MPa, съответно. Когато вътрешното налягане на батерията се увеличи до налягането на обръщане на SSD, реверсивната плоча се изтласква нагоре, бързо се отрязва от тока. Едновременно с това, алуминиевата плоча за свързване издухва, причинявайки директна късо съединение между положителните и отрицателните терминали на горния капак, бързо отрязвайки тока.

Ключовите точки на дизайна на призматичните клетъчни структурни компоненти обхващат няколко аспекта, включително уплътняването на пристанището за течност, положителен и отрицателен терминална конструкция, увеличаване на положителната терминална устойчивост и проектиране на устойчиви на експлозия и обръщане на плочи. Тези дизайнерски елементи работят заедно за повишаване на безопасността и работата на литиевите батерии, осигурявайки солидна техническа поддръжка за развитието на новите енергийни автомобили и пазарите за съхранение на енергия.