Deformationsmekanisme og forebyggelsesstrategier for aluminiumsskal af lithium-ion-batterier

Lithium-ion-batterier, med deres fordele ved regelmæssig struktur og høj energitæthed, bruges i vid udstrækning inden for områder som nye energikøretøjer. Men deres anisotrope strukturelle egenskaber gør dem tilbøjelige til deformationsproblemer såsom konkave og konvekse celler på grund af ujævne kræfter i længde- og bredderetningerne under produktionen, hvilket igen påvirker batteriets sikkerhed og levetid. Forekomsten af ​​deformationsproblemer er tæt forbundet med flere aspekter såsom materialeegenskaber, fremstillingsprocesser og intern miljøkontrol af Power Battery Cell. Det er nødvendigt at analysere årsagerne fra flere dimensioner og implementere målrettede politikker. Denne artikel giver en -dybdegående analyse af de centrale årsager til deformation i Lifepo4 Power Cells og systemforebyggelse og kontrolforanstaltninger, der giver teknisk reference til industriproduktionspraksis.

I lithium-ion-batterier-produktionssystemet er stabiliteten af ​​Lithium-ion-batteriets skalstruktur direkte relateret til produktets pålidelighed, og forekomsten af ​​deformationsproblemer er ofte resultatet af den synergistiske effekt af flere faktorer, såsom materialeegenskaber, processtyring og intern termodynamisk tilstand. Fra perspektivet af materiale og strukturelle dimensioner er valget af aluminiumsskalmateriale og styrkedesign de grundlæggende faktorer. Hvis der anvendes materialer med utilstrækkelig trækstyrke, såsom 3003 aluminiumslegering, eller hvis skaltykkelsen er mindre end 0,6 mm, er de tilbøjelige til at give deformation under internt tryk og termisk stress. Samtidig kan svejseområdets strukturelle egenskaber ikke ignoreres. Den varme-påvirkede zone, der dannes under svejseprocessen, vil opleve et 20-30 % fald i lokal styrke på grund af gitterreorganisering, og bliver til et spændingskoncentrationsområde, der er tilbøjeligt til deformation, når det udsættes for efterfølgende belastning.

Rationaliteten af ​​svejseprocessen har en afgørende indflydelse på den strukturelle stabilitet af skallen af ​​Lithium Ion Battery for Solar System, og procesfejl er et vigtigt led i at inducere deformation. Lasersvejsning, som en almindelig proces, hvis varmetilførselskontrollen er ude af kontrol, såsom effekt over 300W eller svejsehastighed under 30 mm/s, vil det forårsage lokale temperaturer, der langt overstiger smeltepunktet for aluminium ved 660 grader, og den smeltede pool vil være for dyb, hvilket fører til en kraftig stigning i kølesvindspænding; Forkert svejsestrengdesign, såsom fraværet af spændingsaflastende hak ved kontinuerlig ringsvejsning og svejsestrengsbredde mindre end 0,8 mm, kan reducere svejsningens belastningsbærende kapacitet og yderligere forværre risikoen for deformation.

Batteriets unormale indre tryk er den termodynamiske kerneårsag til deformation, som også findes i almindelige systemer såsom LiFePO4 Lithium Ion Battery. Sidereaktioner såsom elektrolytnedbrydning og unormal skade på SEI-film inde i battericellen vil accelerere gasproduktionen, når temperaturen overstiger 45 grader, og når det indre tryk overstiger 10kPa, vil det skubbe skallen til at deformeres; Samtidig kan den negative elektrodeudvidelseshastighed nå 20-30% i en fuldt opladet tilstand. Hvis mellemrummet mellem kernen og skallens indervæg overstiger 1,0 mm (industristandardgabet er 0,3-0,8 mm), kan ekspansionskraften ikke effektivt begrænses af skallen og vil vende mod en højere grad af frihed i lodret retning, hvilket forårsager deformation af dækpladen eller sidevæggen. Hertil kommer, at i produktionen af ​​Solar Energy Storage Systems Lithium Battery Pack, hvis afstanden mellem kernen og den indvendige væg af skallen overstiger standarden, vil den negative elektrode først udfylde de omgivende huller, når den udvides, hvilket yderligere forstærker den vertikale deformationseffekt.

Proceskontrolafvigelser under produktionsprocessen kan også inducere eller forværre deformationsproblemer. Hvis mellemrummet mellem dækpladen og skallen overstiger 0,2 mm under samlingsprocessen, vil den termiske spænding under svejsning overlejre spalteforskydningseffekten, hvilket direkte fører til deformation; Hvis vakuumgraden er indstillet for lavt (under -90kPa) under tætningsfasen, vil det ydre atmosfæriske tryk direkte virke på de svage dele af skallen, hvilket forårsager passiv kompressionsdeformation.

Baseret på ovenstående deformationsmekanisme og industriteknisk praksis kan et forebyggelses- og kontrolsystem konstrueres ud fra dimensioner som materialeoptimering, procesforbedring, intern trykkontrol og procesforstærkning. Med hensyn til materiale og strukturel optimering er kerneideen at forbedre belastnings-bæreevnen af skallen, hvilket kan opnås ved at bruge 5052 aluminiumslegering med en 30 % forøgelse af trækstyrken, tilføje 0,5-1,0 mm høje forstærkningsribber i topdækslet på Solon I Litums overflade, og øge dækslets overflade på Solon I Litum. 0,8-1,0 mm. Samtidig er en sammensat svejsestruktur, der kombinerer lasersvejsning og ultralydssvejsning, vedtaget for at reducere enkeltpunkts varmetilførsel og forbedre stabiliteten af ​​svejseområdet.

Forbedringen af ​​svejseprocessen skal fokusere på finkontrol ved hjælp af gradienteffektsvejsestrategi, det vil sige en kombination af parametre på 200W/30mm/s for startsektionen, 250W/25mm/s for midtersektionen og 180W for slutsektionen, for at kontrollere dybden af ​​den varmepåvirkede zone inden for 0,5mm; Optimer samtidig svejsestrengdesignet ved at ændre den kontinuerlige svejsestreng til en segmenteret svejsetilstand, hvor hvert segment er 5-8 mm og en 2 mm spændingsudløsningszone reserveret. Øg samtidig svejsestrengens bredde til 1,2 mm for at øge svejsebæreevnen.

Intern trykkontrol skal starte fra to aspekter: ekspansionskompensation og gasproduktionsundertrykkelse. Med hensyn til strukturelt design kan et elastisk bufferlag med en kompressionshastighed på over 50 % installeres på indersiden af ​​dækpladen af ​​lithium solar batterier, hvilket efterlader 0,5 -1,0 mm ekspansionsplads for at afhjælpe trykpåvirkningen forårsaget af negativ elektrodeudvidelse; Med hensyn til kemisk systemoptimering kan tilføjelse af 1-2 % FEC filmdannende additiver i injektionsprocessen effektivt undertrykke unormal skade på SEI-filmen, kontrollere gasproduktionen under fuld opladning inden for 0,5 ml/Ah (overvåget i realtid gennem gaskromatografitestning) og reducere intern trykakkumulering fra kilden.

Styrkelsen af ​​processtyringen kræver brug af intelligent teknologi, der indfører et visuelt positioneringssystem i samlingsprocessen for at kontrollere positioneringsnøjagtigheden inden for ± 0,05 mm. Samtidig sikrer en opgradering af svejsefiksturen til en fastspændingstilstand med konstant kraft en klemkraft på 20-30N med udsving, der ikke overstiger 5 %, hvilket reducerer deformationsrisikoen forårsaget af montageafvigelse. Tilføj en trykteststation i kemikalieseparationstrinnet, som automatisk alarmerer, når det detekterede tryk overstiger 5kPa. Samtidig vil tærsklen, kombineret med røntgendetektion af skaldeformationshastighed, blive kontrolleret inden for 0,3 % for at opnå tidlig identifikation og kontrol af deformationsproblemer i Battery for Lithium-Ion Energy Storage System.

Det skal bemærkes, at deformationsforebyggelse og kontrol af skallen af ​​Lithium-ion til BESS er en systematisk ingeniørproces. De tekniske parametre involveret i artiklen skal kombineres med specifikt produktionsudstyr, produktmodeller og anvendelsesscenarier og optimeres og verificeres gennem DOE-eksperimenter før implementering. For produkter med specielle anvendelsesscenarier, som f.eksLithium-ion-batterier, er det nødvendigt yderligere at justere forebyggelses- og kontrolparametrene baseret på temperatur- og trykkarakteristika i applikationsmiljøet for at sikre produktets strukturelle stabilitet gennem hele dets livscyklus. Derudover skal deformationsforebyggelsen og kontrollen af ​​genopladelig lithium-ion-battericelle også tage højde for de termodynamiske ændringer under opladnings- og afladningscyklusserne og opnå kvalitetskontrol gennem hele processen.