تجزیه و تحلیل صنعت اجزای ساختاری باتری‌های لیتیوم{0} یون: روند توسعه فناوری‌های بسته‌بندی آلومینیومی، سلول‌های کیسه‌ای و باتری نیرو

با رشد سریع خودروهای جدید انرژی، سیستم ذخیره انرژی، بازارهای دو{0}چرخه برقی و برق پشتیبان صنعتی، اجزای ساختاری باتری لیتیومی به بخش ضروری و حیاتی زنجیره صنعت باتری های قدرت تبدیل شده اند. به عنوان حفاظت مکانیکی حیاتی و اجزای اتصال الکتریکی سیستم باتری، اجزای ساختاری به طور مستقیم بر عملکرد ایمنی باتری، عملکرد آب بندی، عمر چرخه و راندمان مصرف انرژی تأثیر می گذارند.

 

اجزای ساختاری باتری لیتیومی معمولاً شامل پوشش سلولی، مجموعه پوشش بالایی، پایانه‌ها، زبانه‌های اتصال، کانکتورهای انعطاف‌پذیر و مواد محصورکننده باتری هستند. در این میان، اجزای ساختاری پوشش آلومینیومی یکی از پرکاربردترین راه‌حل‌ها در زمینه باتری برق فعلی است که به طور گسترده در قاب آلومینیومی برای بسته‌های باتری لیتیوم EV، سیستم‌های ذخیره انرژی و ماژول‌های باتری انرژی خودروی جدید استفاده می‌شود.
 

 

 

اجزای ساختاری باتری لیتیومی به قطعات فلزی یا مواد مرکب مورد استفاده برای محافظت از سلول، فعال کردن رسانش جریان، ارائه پشتیبانی مکانیکی و ارائه حفاظت ایمنی اشاره دارد.

 

بر اساس فرم بسته بندی، باتری های لیتیومی اصلی در حال حاضر به سه نوع اصلی تقسیم می شوند: باتری های منشوری، باتری های استوانه ای و باتری های کیسه ای.

 

باتری‌های مربعی و استوانه‌ای معمولاً از یک محفظه فلزی سخت استفاده می‌کنند که ساختار هسته آنها از محفظه باتری و صفحه پوششی تشکیل شده است. از سوی دیگر، باتری‌های کیسه‌ای از ساختار پلاستیکی پلاستیکی{1} آلومینیومی برای دستیابی به طراحی سبک‌تر استفاده می‌کنند.

 

برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ، استفاده از یک قاب آلومینیومی برای بسته‌های باتری لیتیومی Powerwall به طور موثر استحکام مکانیکی و سازگاری محیطی بسته باتری را بهبود می‌بخشد، بنابراین کاربرد گسترده‌ای در ذخیره‌سازی انرژی مسکونی و تجاری پیدا می‌کند.

 

 

باتری های برق مقدار زیادی انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند. هنگامی که شارژ بیش از حد، اتصال کوتاه، یا فرار حرارتی رخ می دهد، فشار داخلی سلول به سرعت افزایش می یابد.

 

اجزای ساختاری نه تنها سلول ها را ایمن می کنند بلکه عملکردهای کلیدی زیر را نیز انجام می دهند:

 

هدایت جریان
آب بندی سلول
رهاسازی فشار
حفاظت از اتصال کوتاه
حفاظت در برابر خوردگی
پشتیبانی مکانیکی

 

به خصوص در سیستم های باتری ولتاژ بالا و پلت فرم های خودرو انرژی جدید، دقت طراحی اجزای ساختاری به طور مستقیم بر عملکرد کلی ایمنی خودرو تأثیر می گذارد.

 

برای سیستم های قدرتی که از کیس آلومینیومی برای باتری های خودرو استفاده می کنند، اجزای ساختاری باید به طور همزمان چندین مورد از جمله استحکام بالا، سبک وزن و مقاومت در برابر خوردگی را برآورده کنند.
 

 

 

در بازار باتری های منشوری، پوسته های آلومینیومی به انتخاب اصلی تبدیل شده اند.

 

مواد آلومینیومی سبک وزن هستند، هدایت حرارتی عالی دارند و پردازش آنها آسان است و نیازهای دوگانه چگالی انرژی بالا و طراحی سبک وزن برای باتری های قدرت را برآورده می کند.

 

باتری های قدرت مدرن به طور گسترده ای از محلول پوسته آلومینیومی برای سلول های منشوری لیتیوم استفاده می کنند و یک ساختار پوسته کامل را از طریق کشیدن عمیق، مهر زنی و فرآیندهای جوشکاری دقیق تشکیل می دهند.

 

برای بخش‌های اتوبوس انرژی جدید و وسایل نقلیه تجاری، پوسته‌های آلومینیومی برای بسته‌های باتری اتوبوس الکتریکی EV LiFePO4 با ساختار{1}}استحکام بالا که قادر به مقاومت در برابر لرزش‌های طولانی مدت-و شرایط عملیاتی پیچیده هستند، به یک جهت کاربردی مهم تبدیل شده‌اند.

 

در همین حال، میدان باتری ذخیره انرژی نیز به طور فزاینده ای از پوسته های آلومینیومی برای سلول های باتری لیتیوم آهن فسفات استفاده می کند تا ایمنی و قابلیت اطمینان کلی سیستم های باتری آهن فسفات لیتیوم را بهبود بخشد.

 

 

در ساختار باتری سخت-روکش معمولاً پیشرفته‌ترین بخش از نظر فناوری است.

یک مجموعه کامل پوشش باتری معمولاً شامل موارد زیر است:

 

پایانه ها
دریچه ضد انفجار-
سوپاپ ایمنی
دستگاه قطع فعلی
اجزای عایق

 

هنگامی که فشار داخلی باتری به طور غیرعادی افزایش می یابد، ساختار ضد انفجار{0}}می تواند فشار را به موقع کاهش دهد و خطر فرار حرارتی را کاهش دهد.

 

پایانه ها وظیفه انتقال جریان را بر عهده دارند و اتصال پایدار بین سلول و مدار خارجی را تضمین می کنند.

در طراحی پوسته های آلومینیومی باتری LFP بزرگ، هوابندی و کیفیت جوش پوشش اغلب طول عمر کل سلول را تعیین می کند.

 

 

ساخت پوسته های آلومینیومی باتری لیتیوم متعلق به حوزه معمولی پردازش فلز دقیق است.

فرآیندهای رایج عبارتند از:

 

مهر زنی دقیق
طراحی عمیق
جوش لیزری
ماشینکاری دقیق CNC
درمان سطحی

فناوری طراحی عمیق مستقیماً دقت و قوام پوسته را تعیین می کند.

 

برای محصولات پوسته آلومینیومی سلول منشوری LFP، تلورانس های ابعادی معمولاً در محدوده بسیار کمی کنترل می شوند تا از پایداری مونتاژ خودکار بعدی اطمینان حاصل شود.

 

با بهبود سطوح تولید خودکار، خطوط تولید اجزای ساختاری مدرن به طور گسترده ای سیستم های بازرسی هوشمند را برای دستیابی به{0}}ساخت پایداری بالا به کار گرفته اند.
 

 

 

برخلاف باتری‌های-سخت، باتری‌های بسته{1} نرم از یک لایه پلاستیکی آلومینیومی برای کپسوله‌سازی استفاده می‌کنند.

 

فیلم پلاستیکی{0}آلومینیوم معمولاً از یک لایه نایلون، یک لایه فویل آلومینیومی و یک لایه پلی پروپیلن تشکیل شده است که ویژگی های مانع و انعطاف پذیری خوبی را ارائه می دهد.

 

بزرگترین مزایای باتری‌های بسته- نرم عبارتند از:

سبک وزن، چگالی انرژی بالا، طراحی انعطاف پذیر، و عملکرد ایمنی خوب.

بنابراین، آنها به طور گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی، ذخیره‌سازی انرژی بالا-و برخی زمینه‌های انرژی جدید وسایل نقلیه استفاده می‌شوند.

 

برای برخی از کاربردهای سبک، مانند محصولات مربوط به قاب آلومینیومی برای بسته‌های نرم باتری‌های قابل شارژ LiFePO4، انتخاب بین راه‌حل‌های بسته‌بندی نرم و آلومینیومی{3}} اغلب بر اساس نیازهای خاص است.

 

 

باتری های مربعی مزایایی مانند ساختار جمع و جور، راندمان بسته بالا و استفاده زیاد از فضا را ارائه می دهند که آنها را به رویکرد اصلی در بازار خودروهای انرژی جدید فعلی تبدیل می کند.

 

باتری‌های استوانه‌ای دارای فرآیندهای تولید بالغ، سازگاری بالا هستند و برای تولید خودکار-در مقیاس بزرگ مناسب هستند. بسیاری از سیستم‌های باتری استوانه‌ای و پوسته آلومینیومی سلول‌های منشوری سامسونگ از روش‌های استاندارد تولید برای اطمینان از پایداری محصول استفاده می‌کنند.

 

باتری‌های کیسه‌ای چگالی انرژی بالاتر و وزن سبک‌تری ارائه می‌دهند، اما فرآیند تولید آن‌ها پیچیده‌تر است و به مواد بسته‌بندی با کیفیت‌تر- نیاز دارد.

 

از منظر توسعه بازار، این سه مسیر تکنولوژیکی برای مدت قابل توجهی با هم وجود خواهند داشت و طرح‌بندی‌های متفاوتی را بر اساس سناریوهای کاربردی مختلف تشکیل می‌دهند.

 

 

با رشد مداوم وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم های ذخیره انرژی و تجهیزات حمل و نقل هوشمند، اجزای ساختاری باتری لیتیوم{0} یون در جهت های زیر در حال توسعه هستند:

 

استفاده از مواد آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالاتر-

طراحی سازه سبک تر

سطوح بالاتر تولید خودکار

کنترل سازگاری{0}}بعدی بالاتر

طراحی حفاظت ایمنی برتر

استفاده بالاتر از مواد

 

در آینده، خواه قاب آلومینیومی برای بسته باتری خودرو LiFePO4، قاب آلومینیومی برای بسته باتری دوچرخه برقی، یا پوسته آلومینیومی باتری منشوری لیتیومی که در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود، همگی به سمت دقت بالاتر، قابلیت اطمینان بالاتر و هزینه کمتر ارتقا خواهند یافت.

 

 

اگرچه اجزای ساختاری باتری لیتیوم{0} یونی بیشترین نسبت هزینه باتری را به خود اختصاص نمی دهند، اما اجزای اساسی و اساسی هستند که ایمنی، پایداری و طول عمر باتری را تعیین می کنند. ازپوسته‌های آلومینیومی برای باتری‌های لیتیوم{0}}به ماژول‌های باتری قدرت در مقیاس بزرگ، از سیستم‌های ذخیره انرژی گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی، توسعه فناوری اجزای ساختاری همیشه همراه با ارتقای صنعت انرژی جدید پیشرفت کرده است. با پیشرفت مداوم در فرآیندهای تولید و نوآوری مداوم در فناوری مواد، اجزای ساختاری پوسته آلومینیومی با کارایی بالا-نقش مهمتری را در زنجیره صنعت انرژی جدید آینده ایفا خواهند کرد.