Μηχανισμός παραμόρφωσης και στρατηγικές πρόληψης κελύφους αλουμινίου μπαταριών ιόντων λιθίου-

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου-, με τα πλεονεκτήματα της κανονικής δομής και της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως τα οχήματα νέας ενέργειας. Ωστόσο, τα ανισότροπα δομικά χαρακτηριστικά τους τα καθιστούν επιρρεπή σε προβλήματα παραμόρφωσης όπως κοίλα και κυρτά στοιχεία λόγω ανομοιόμορφων δυνάμεων στις κατευθύνσεις μήκους και πλάτους κατά την παραγωγή, γεγονός που με τη σειρά του επηρεάζει την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Η εμφάνιση προβλημάτων παραμόρφωσης σχετίζεται στενά με πολλαπλές πτυχές όπως οι ιδιότητες του υλικού, οι διαδικασίες κατασκευής και ο εσωτερικός περιβαλλοντικός έλεγχος της κυψέλης μπαταριών ισχύος. Είναι απαραίτητο να αναλυθούν τα αίτια από πολλαπλές διαστάσεις και να εφαρμοστούν στοχευμένες πολιτικές. Αυτό το άρθρο παρέχει μια-εις βάθος ανάλυση των βασικών αιτιών της παραμόρφωσης στα Power Cells Lifepo4 και των μέτρων πρόληψης και ελέγχου του συστήματος, παρέχοντας τεχνική αναφορά για την πρακτική παραγωγής της βιομηχανίας.

Στο σύστημα παραγωγής μπαταριών ιόντων λιθίου, η σταθερότητα της δομής του κελύφους των μπαταριών ιόντων λιθίου- σχετίζεται άμεσα με την αξιοπιστία του προϊόντος και η εμφάνιση προβλημάτων παραμόρφωσης είναι συχνά το αποτέλεσμα της συνεργιστικής επίδρασης πολλών παραγόντων, όπως οι ιδιότητες του υλικού, ο έλεγχος της διαδικασίας και η εσωτερική θερμοδυναμική κατάσταση. Από την άποψη των υλικών και των δομικών διαστάσεων, η επιλογή υλικού κελύφους αλουμινίου και ο σχεδιασμός αντοχής είναι οι θεμελιώδεις παράγοντες. Εάν χρησιμοποιούνται υλικά με ανεπαρκή αντοχή εφελκυσμού, όπως το κράμα αλουμινίου 3003, ή εάν το πάχος του κελύφους είναι μικρότερο από 0,6 mm, είναι επιρρεπή σε παραμόρφωση υπό εσωτερική πίεση και θερμική καταπόνηση. Ταυτόχρονα, τα δομικά χαρακτηριστικά της περιοχής συγκόλλησης δεν μπορούν να αγνοηθούν. Η επηρεαζόμενη από τη θερμότητα ζώνη-που σχηματίζεται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης θα παρουσιάσει μείωση της τοπικής αντοχής κατά 20-30% λόγω αναδιοργάνωσης του πλέγματος, καθιστώντας μια περιοχή συγκέντρωσης τάσεων που είναι επιρρεπής σε παραμόρφωση όταν υποβάλλεται σε επακόλουθες τάσεις.

Ο ορθολογισμός της διαδικασίας συγκόλλησης έχει καθοριστικό αντίκτυπο στη δομική σταθερότητα του κελύφους της μπαταρίας ιόντων λιθίου για το ηλιακό σύστημα και τα ελαττώματα της διαδικασίας αποτελούν σημαντικό κρίκο για την πρόκληση παραμόρφωσης. Η συγκόλληση με λέιζερ, ως κύρια διαδικασία, εάν ο έλεγχος εισόδου θερμότητας είναι εκτός ελέγχου, όπως ισχύς άνω των 300 W ή ταχύτητα συγκόλλησης κάτω από 30 mm/s, θα προκαλέσει τοπικές θερμοκρασίες που υπερβαίνουν κατά πολύ το σημείο τήξης του αλουμινίου στους 660 βαθμούς και η λιωμένη λίμνη θα είναι πολύ βαθιά, οδηγώντας σε απότομη αύξηση της τάσης συρρίκνωσης ψύξης. Ο ακατάλληλος σχεδιασμός των σφαιριδίων συγκόλλησης, όπως η απουσία εγκοπών ανακούφισης από την τάση στη συγκόλληση συνεχούς δακτυλίου και το πλάτος του σφαιριδίου συγκόλλησης μικρότερο από 0,8 mm, μπορεί να μειώσει τη φέρουσα ικανότητα της συγκόλλησης- και να επιδεινώσει περαιτέρω τον κίνδυνο παραμόρφωσης.

Η μη φυσιολογική εσωτερική πίεση της μπαταρίας είναι η βασική θερμοδυναμική αιτία της παραμόρφωσης, η οποία υπάρχει επίσης σε κύρια συστήματα όπως η μπαταρία ιόντων λιθίου LiFePO4. Παράπλευρες αντιδράσεις όπως η αποσύνθεση ηλεκτρολυτών και η ανώμαλη ζημιά στο φιλμ SEI μέσα στο στοιχείο της μπαταρίας θα επιταχύνουν την παραγωγή αερίου όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 45 βαθμούς και όταν η εσωτερική πίεση ξεπεράσει τα 10 kPa, θα ωθήσει το κέλυφος να παραμορφωθεί. Ταυτόχρονα, ο ρυθμός διαστολής του αρνητικού ηλεκτροδίου μπορεί να φτάσει το 20-30% σε μια πλήρως φορτισμένη κατάσταση. Εάν το κενό μεταξύ του πυρήνα και του εσωτερικού τοιχώματος του κελύφους υπερβαίνει το 1,0 mm (το βιομηχανικό κενό είναι 0,3-0,8 mm), η δύναμη διαστολής δεν μπορεί να περιοριστεί αποτελεσματικά από το κέλυφος και θα στραφεί προς υψηλότερο βαθμό ελευθερίας στην κατακόρυφη κατεύθυνση, προκαλώντας παραμόρφωση της πλάκας κάλυψης ή του πλευρικού τοιχώματος. Επιπλέον, στην παραγωγή Συστημάτων αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας Lithium Battery Pack, εάν το κενό μεταξύ του πυρήνα και του εσωτερικού τοιχώματος του κελύφους υπερβαίνει το πρότυπο, το αρνητικό ηλεκτρόδιο θα γεμίσει πρώτα τα γύρω κενά κατά την επέκταση, ενισχύοντας περαιτέρω το φαινόμενο κατακόρυφης παραμόρφωσης.

Οι αποκλίσεις στον έλεγχο της διαδικασίας κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας μπορούν επίσης να προκαλέσουν ή να επιδεινώσουν προβλήματα παραμόρφωσης. Εάν το διάκενο μεταξύ της πλάκας κάλυψης και του κελύφους υπερβαίνει τα 0,2 mm κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συναρμολόγησης, η θερμική τάση κατά τη συγκόλληση θα υπερισχύει με το φαινόμενο μετατόπισης του διακένου, οδηγώντας άμεσα σε παραμόρφωση. Εάν ο βαθμός κενού ρυθμιστεί πολύ χαμηλός (κάτω από -90 kPa) κατά τη διάρκεια του σταδίου σφράγισης, η εξωτερική ατμοσφαιρική πίεση θα δράσει άμεσα στα ασθενή μέρη του κελύφους, προκαλώντας παραμόρφωση παθητικής συμπίεσης.

Με βάση τον παραπάνω μηχανισμό παραμόρφωσης και την τεχνική πρακτική της βιομηχανίας, μπορεί να κατασκευαστεί ένα σύστημα πρόληψης και ελέγχου με διαστάσεις όπως η βελτιστοποίηση υλικού, η βελτίωση της διαδικασίας, ο εσωτερικός έλεγχος πίεσης και η ενίσχυση της διαδικασίας. Όσον αφορά τη βελτιστοποίηση υλικού και κατασκευής, η βασική ιδέα είναι να βελτιωθεί η φέρουσα ικανότητα του κελύφους, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση κράματος αλουμινίου 5052 με 30% αύξηση στην αντοχή σε εφελκυσμό, προσθέτοντας νευρώσεις ενίσχυσης ύψους 0,5-1,0 χιλιοστών στο άνω πάχος της επιφάνειας κάλυψης του βασικού συστήματος. σε 0,8-1,0 mm. Ταυτόχρονα, υιοθετείται μια σύνθετη δομή συγκόλλησης που συνδυάζει τη συγκόλληση με λέιζερ και τη συγκόλληση με υπερήχους για τη μείωση της εισόδου θερμότητας ενός σημείου και τη βελτίωση της σταθερότητας της περιοχής συγκόλλησης.

Η βελτίωση της διαδικασίας συγκόλλησης πρέπει να επικεντρωθεί στον λεπτό έλεγχο, χρησιμοποιώντας τη στρατηγική συγκόλλησης με βαθμίδα ισχύος, δηλαδή έναν συνδυασμό παραμέτρων 200W/30mm/s για το αρχικό τμήμα, 250W/25mm/s για το μεσαίο τμήμα και 180W για το τελικό τμήμα, για τον έλεγχο του βάθους της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα εντός 05mm. Ταυτόχρονα, βελτιστοποιήστε τη σχεδίαση των σφαιριδίων συγκόλλησης αλλάζοντας τη συνεχή σφαιρία συγκόλλησης σε λειτουργία τμηματικής συγκόλλησης, με κάθε τμήμα να είναι 5-8 mm και να έχει δεσμευτεί μια ζώνη απελευθέρωσης τάσης 2 mm. Ταυτόχρονα, αυξήστε το πλάτος του σφαιριδίου συγκόλλησης σε 1,2 mm για να βελτιώσετε τη φέρουσα ικανότητα συγκόλλησης.

Ο εσωτερικός έλεγχος πίεσης πρέπει να ξεκινά από δύο πτυχές: αντιστάθμιση εκτόνωσης και καταστολή παραγωγής αερίου. Όσον αφορά τη δομική σχεδίαση, μπορεί να εγκατασταθεί ένα ελαστικό προστατευτικό στρώμα με ρυθμό συμπίεσης που υπερβαίνει το 50% στο εσωτερικό της πλάκας κάλυψης των ηλιακών μπαταριών λιθίου, αφήνοντας 0,5-1,0 mm χώρου διαστολής για να μετριάσει την πίεση που προκαλείται από τη διαστολή του αρνητικού ηλεκτροδίου. Όσον αφορά τη βελτιστοποίηση του χημικού συστήματος, η προσθήκη πρόσθετων 1-2% FEC που σχηματίζουν φιλμ στη διαδικασία έγχυσης μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά τη μη φυσιολογική ζημιά στο φιλμ SEI, να ελέγξει την παραγωγή αερίου υπό πλήρη φόρτιση εντός 0,5 ml/Ah (παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο μέσω δοκιμών αέριας χρωματογραφίας) και να μειώσει τη συσσώρευση εσωτερικής πίεσης από την πηγή.

Η ενίσχυση του ελέγχου της διαδικασίας απαιτεί τη χρήση έξυπνης τεχνολογίας, εισάγοντας ένα οπτικό σύστημα εντοπισμού θέσης στη διαδικασία συναρμολόγησης για τον έλεγχο της ακρίβειας τοποθέτησης εντός ± 0,05 mm. Ταυτόχρονα, η αναβάθμιση του εξαρτήματος συγκόλλησης σε λειτουργία σύσφιξης σταθερής δύναμης εξασφαλίζει δύναμη σύσφιξης 20-30N με διακυμάνσεις που δεν υπερβαίνουν το 5%, μειώνοντας τον κίνδυνο παραμόρφωσης που προκαλείται από την απόκλιση του συγκροτήματος. Προσθέστε έναν σταθμό δοκιμής πίεσης στο στάδιο του χημικού διαχωρισμού, ο οποίος θα ειδοποιεί αυτόματα όταν η ανιχνευόμενη πίεση υπερβαίνει τα 5 kPa. Ταυτόχρονα, σε συνδυασμό με την ανίχνευση ακτίνων Χ του ρυθμού παραμόρφωσης του κελύφους, το όριο θα ελέγχεται εντός 0,3% για την επίτευξη έγκαιρης αναγνώρισης και ελέγχου των προβλημάτων παραμόρφωσης στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η πρόληψη παραμόρφωσης και ο έλεγχος του κελύφους ιόντων λιθίου για το BESS είναι μια συστηματική μηχανική διαδικασία. Οι τεχνικές παράμετροι που εμπλέκονται στο άρθρο πρέπει να συνδυαστούν με συγκεκριμένο εξοπλισμό παραγωγής, μοντέλα προϊόντων και σενάρια εφαρμογών και να βελτιστοποιηθούν και να επαληθευτούν μέσω πειραμάτων DOE πριν από την εφαρμογή. Για προϊόντα με ειδικά σενάρια εφαρμογής, όπως π.χΜπαταρίες ιόντων λιθίου-, είναι απαραίτητο να προσαρμοστούν περαιτέρω οι παράμετροι πρόληψης και ελέγχου με βάση τα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και πίεσης του περιβάλλοντος εφαρμογής για να διασφαλιστεί η δομική σταθερότητα του προϊόντος σε όλο τον κύκλο ζωής του. Επιπλέον, η πρόληψη παραμόρφωσης και ο έλεγχος της επαναφορτιζόμενης μπαταρίας ιόντων λιθίου πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τις θερμοδυναμικές αλλαγές κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης και να επιτυγχάνει ποιοτικό έλεγχο σε όλη τη διαδικασία.