Ličio{0}}jonų baterijų aliuminio apvalkalo deformacijos mechanizmas ir prevencijos strategijos

Ličio{0}}jonų baterijos, kurių privalumai yra taisyklinga struktūra ir didelis energijos tankis, plačiai naudojamos tokiose srityse kaip naujos energijos transporto priemonės. Tačiau dėl anizotropinių struktūrinių savybių jie linkę į deformacijas, tokias kaip įgaubtos ir išgaubtos ląstelės dėl nevienodų jėgų ilgio ir pločio kryptimis gamybos metu, o tai savo ruožtu turi įtakos akumuliatoriaus saugai ir tarnavimo laikui. Deformacijos problemų atsiradimas yra glaudžiai susijęs su keliais aspektais, tokiais kaip medžiagų savybės, gamybos procesai ir maitinimo baterijos elemento vidinė aplinkos kontrolė. Būtina išanalizuoti priežastis iš kelių dimensijų ir įgyvendinti tikslinę politiką. Šiame straipsnyje pateikiama išsami pagrindinių „Lifepo4 Power Cells“ deformacijų priežasčių ir sistemos prevencijos bei kontrolės priemonių analizė, kurioje pateikiama techninė pramonės gamybos praktikos nuoroda.

Ličio jonų baterijų gamybos sistemoje ličio -jonų baterijų korpuso struktūros stabilumas yra tiesiogiai susijęs su gaminio patikimumu, o deformacijos problemos dažnai atsiranda dėl kelių veiksnių, pvz., medžiagų savybių, proceso valdymo ir vidinės termodinaminės būsenos, sinerginio poveikio. Medžiagų ir konstrukcinių matmenų požiūriu pagrindiniai veiksniai yra aliuminio korpuso medžiagos pasirinkimas ir stiprumo konstrukcija. Jei naudojamos medžiagos, kurių atsparumas tempimui yra nepakankamas, pvz., 3003 aliuminio lydinys, arba jei apvalkalo storis yra mažesnis nei 0,6 mm, jie gali deformuotis esant vidiniam slėgiui ir šiluminiam įtempimui. Tuo pačiu metu negalima ignoruoti suvirinimo srities konstrukcinių savybių. Šilumos paveiktos zonos, susidariusios suvirinimo proceso metu, vietinis stiprumas sumažės 20–30 % dėl grotelių pertvarkymo ir taps įtempių koncentracijos sritimi, kuri yra linkusi deformuotis vėliau veikiant įtempiams.

Suvirinimo proceso racionalumas turi lemiamos įtakos saulės sistemos ličio jonų akumuliatoriaus korpuso struktūriniam stabilumui, o proceso defektai yra svarbi deformacijos priežastis. Lazerinis suvirinimas, kaip pagrindinis procesas, jei šilumos įvesties valdymas yra nekontroliuojamas, pvz., galia viršija 300 W arba suvirinimo greitis mažesnis nei 30 mm/s, vietinė temperatūra gerokai viršys aliuminio lydymosi temperatūrą 660 laipsnių kampu, o išlydytas baseinas bus per gilus, todėl smarkiai padidės aušinimo susitraukimo įtempis; Netinkamas suvirinimo briaunos dizainas, pvz., įtempių mažinimo įpjovų nebuvimas suvirinant nepertraukiamu žiediniu suvirinimu ir mažesnio nei 0,8 mm suvirinimo siūlės plotis, gali sumažinti suvirinimo siūlės laikomąją galią ir dar labiau padidinti deformacijos riziką.

Nenormalus akumuliatoriaus vidinis slėgis yra pagrindinė termodinaminė deformacijos priežastis, kuri taip pat egzistuoja pagrindinėse sistemose, tokiose kaip LiFePO4 ličio jonų baterija. Šalutinės reakcijos, pvz., elektrolitų skilimas ir nenormalus SEI plėvelės pažeidimas akumuliatoriaus elemento viduje, pagreitins dujų gamybą, kai temperatūra viršija 45 laipsnius, o kai vidinis slėgis viršija 10 kPa, korpusas deformuosis; Tuo pačiu metu neigiamas elektrodo išsiplėtimo greitis gali siekti 20-30% visiškai įkrautoje būsenoje. Jei tarpas tarp šerdies ir korpuso vidinės sienelės viršija 1,0 mm (pramonės standartinis tarpas yra 0,3–0,8 mm), apvalkalas negali veiksmingai apriboti plėtimosi jėgos, todėl vertikalia kryptimi ji pasisuks didesnio laisvės laipsnio link, sukeldama dengiamosios plokštės arba šoninės sienelės deformaciją. Be to, gaminant Solar Energy Storage Systems Lithium Battery Pack, jei tarpas tarp šerdies ir vidinės korpuso sienelės viršija standartą, neigiamas elektrodas pirmiausia užpildys aplinkinius tarpus, kai plečiasi, dar labiau sustiprindamas vertikalios deformacijos efektą.

Proceso valdymo nukrypimai gamybos proceso metu taip pat gali sukelti arba sustiprinti deformacijos problemas. Jei tarpas tarp dengiamosios plokštės ir korpuso surinkimo proceso metu viršija 0,2 mm, suvirinimo metu šiluminis įtempis susilygins su tarpo poslinkio efektu, tiesiogiai sukeldamas deformaciją; Jei sandarinimo etape vakuumo laipsnis nustatytas per žemas (žemiau -90 kPa), išorinis atmosferos slėgis tiesiogiai veiks silpnąsias korpuso dalis, sukeldamas pasyvią suspaudimo deformaciją.

Remiantis minėtu deformacijos mechanizmu ir pramonės technine praktika, prevencijos ir valdymo sistema gali būti sukurta iš tokių matmenų kaip medžiagų optimizavimas, proceso tobulinimas, vidinio slėgio kontrolė ir proceso stiprinimas. Kalbant apie medžiagų ir konstrukcijos optimizavimą, pagrindinė idėja yra pagerinti korpuso apkrovą-, o tai galima pasiekti naudojant 5052 aliuminio lydinį, padidinus tempimo stiprumą 30 %, pridedant 0,5-1,0 mm aukščio armavimo briaunų viršutinio dangčio srityje ir padidinant soliariumų sistemos pagrindo korpuso storį. 0,8-1,0 mm. Tuo pačiu metu naudojama sudėtinė suvirinimo struktūra, jungianti lazerinį suvirinimą ir ultragarsinį suvirinimą, siekiant sumažinti vieno taško šilumos įvedimą ir pagerinti suvirinimo srities stabilumą.

Tobulinant suvirinimo procesą reikia sutelkti dėmesį į tikslią valdymą, naudojant gradiento galios suvirinimo strategiją, ty 200 W/30 mm/s parametrų derinį pradinei sekcijai, 250 W/25 mm/s vidurinei sekcijai ir 180 W galutinei sekcijai, kad šilumos paveiktos zonos gylis būtų kontroliuojamas 0,5 mm; Tuo pačiu metu optimizuokite suvirinimo siūlės konstrukciją, pakeisdami ištisinį suvirinimo ruožą į segmentinio suvirinimo režimą, kiekvienas segmentas yra 5–8 mm ir rezervuota 2 mm įtempių mažinimo zona. Tuo pačiu metu padidinkite suvirinimo briaunos plotį iki 1,2 mm, kad padidintumėte suvirinimo laikomąją galią.

Vidinio slėgio valdymas turi prasidėti nuo dviejų aspektų: plėtimosi kompensavimo ir dujų gamybos slopinimo. Kalbant apie konstrukciją, ličio saulės baterijų dengiamosios plokštės vidinėje pusėje gali būti sumontuotas elastingas buferinis sluoksnis, kurio suspaudimo laipsnis viršija 50 %, paliekant 0,5-1,0 mm plėtimosi erdvės, kad būtų sumažintas slėgio poveikis, kurį sukelia neigiamas elektrodo išsiplėtimas; Kalbant apie cheminės sistemos optimizavimą, įpurškimo procese pridėjus 1-2 % FEC plėvelę formuojančių priedų, galima veiksmingai slopinti nenormalius SEI plėvelės pažeidimus, kontroliuoti dujų susidarymą iki pilno įkrovimo 0,5 ml/Ah greičiu (stebima realiuoju laiku atliekant dujų chromatografijos bandymą) ir sumažinti vidinio slėgio kaupimąsi iš šaltinio.

Norint sustiprinti proceso valdymą, reikia naudoti pažangias technologijas, įdiegiant vizualinę padėties nustatymo sistemą surinkimo procese, kad būtų galima kontroliuoti padėties nustatymo tikslumą ± 0,05 mm. Tuo pačiu metu suvirinimo įtaiso atnaujinimas į pastovios jėgos suspaudimo režimą užtikrina 20-30N suspaudimo jėgą, o svyravimai neviršija 5%, sumažinant deformacijos riziką dėl surinkimo nukrypimo. Cheminio atskyrimo stadijoje pridėkite slėgio bandymo stotį, kuri automatiškai įspės, kai aptiktas slėgis viršija 5 kPa. Tuo pačiu metu, kartu su korpuso deformacijos greičio rentgeno spindulių aptikimu, slenkstis bus kontroliuojamas 0,3 %, kad būtų galima anksti nustatyti ir kontroliuoti ličio jonų energijos kaupimo sistemos akumuliatoriaus deformacijos problemas.

Pažymėtina, kad BESS ličio jonų apvalkalo deformacijų prevencija ir kontrolė yra sistemingas inžinerinis procesas. Straipsnyje naudojami techniniai parametrai turi būti derinami su konkrečia gamybos įranga, gaminių modeliais ir taikymo scenarijais, o prieš įdiegiant optimizuoti ir patikrinti atliekant DOE eksperimentus. Produktams su specialiais taikymo scenarijais, pvzLičio{0}}jonų baterijos, būtina toliau koreguoti prevencijos ir kontrolės parametrus, atsižvelgiant į naudojimo aplinkos temperatūros ir slėgio charakteristikas, kad būtų užtikrintas gaminio struktūrinis stabilumas per visą jo gyvavimo ciklą. Be to, įkraunamo ličio jonų baterijos elemento deformacijos prevencija ir valdymas taip pat turi atsižvelgti į termodinaminius pokyčius įkrovimo ir iškrovimo ciklų metu ir pasiekti kokybės kontrolę viso proceso metu.