Vervormingsmechanisme en preventiestrategieën van aluminium omhulsel van lithium-ionbatterijen

Lithium--ionbatterijen worden, met hun voordelen van een regelmatige structuur en hoge energiedichtheid, veel gebruikt op terreinen zoals nieuwe energievoertuigen. Hun anisotrope structurele kenmerken maken ze echter gevoelig voor vervormingsproblemen zoals concave en convexe cellen als gevolg van ongelijke krachten in de lengte- en breedterichting tijdens de productie, wat op zijn beurt de veiligheid en levensduur van de batterij beïnvloedt. Het optreden van vervormingsproblemen hangt nauw samen met meerdere aspecten, zoals materiaaleigenschappen, productieprocessen en interne omgevingscontrole van Power Battery Cell. Het is noodzakelijk om de oorzaken vanuit meerdere dimensies te analyseren en gericht beleid te implementeren. Dit artikel biedt een diepgaande analyse- van de kernoorzaken van vervorming in Lifepo4-krachtcellen en systeempreventie- en controlemaatregelen, en biedt technische referenties voor de productiepraktijk in de industrie.

In het productiesysteem van lithium-ionbatterijen houdt de stabiliteit van de schaalstructuur van lithium{0}}ion-batterijen rechtstreeks verband met de productbetrouwbaarheid, en het optreden van vervormingsproblemen is vaak het resultaat van het synergetische effect van meerdere factoren, zoals materiaaleigenschappen, procescontrole en interne thermodynamische toestand. Vanuit het perspectief van materiaal en structurele afmetingen zijn de keuze van het aluminium schaalmateriaal en het sterkteontwerp de fundamentele factoren. Als materialen met onvoldoende treksterkte, zoals een aluminiumlegering 3003, worden gebruikt, of als de schaaldikte minder dan 0,6 mm bedraagt, zijn ze gevoelig voor vervorming onder interne druk en thermische spanning. Tegelijkertijd kunnen de structurele kenmerken van het lasgebied niet worden genegeerd. De door hitte beïnvloede zone die tijdens het lasproces wordt gevormd, zal een afname van 20-30% in lokale sterkte ervaren als gevolg van reorganisatie van het rooster, waardoor het een spanningsconcentratiegebied wordt dat gevoelig is voor vervorming wanneer het wordt blootgesteld aan daaropvolgende spanning.

De rationaliteit van het lasproces heeft een beslissende invloed op de structurele stabiliteit van de schaal van de lithium-ionbatterij voor het zonnestelsel, en procesdefecten zijn een belangrijke schakel in het veroorzaken van vervorming. Laserlassen, als een mainstream proces, als de controle over de warmte-invoer uit de hand loopt, zoals een vermogen van meer dan 300 W of een lassnelheid van minder dan 30 mm/s, zal dit leiden tot lokale temperaturen die het smeltpunt van aluminium bij 660 graden ver overschrijden, en het gesmolten zwembad zal te diep zijn, wat leidt tot een sterke toename van de krimpspanning bij koeling; Een onjuist lasrupsontwerp, zoals de afwezigheid van spanningsontlastende inkepingen bij continu ringlassen en een lasrupsbreedte van minder dan 0,8 mm, kan het draagvermogen van de las- verminderen en het risico op vervorming verder vergroten.

De abnormale interne druk van de batterij is de belangrijkste thermodynamische oorzaak van vervorming, die ook voorkomt in reguliere systemen zoals de LiFePO4 lithium-ionbatterij. Nevenreacties zoals de ontleding van elektrolyten en abnormale schade aan de SEI-film in de batterijcel zullen de gasproductie versnellen wanneer de temperatuur hoger wordt dan 45 graden, en wanneer de interne druk hoger wordt dan 10 kPa, zal dit de schaal ertoe aanzetten om te vervormen; Tegelijkertijd kan de uitzettingssnelheid van de negatieve elektrode in een volledig opgeladen toestand 20-30% bereiken. Als de opening tussen de kern en de binnenwand van de schaal groter is dan 1,0 mm (de industriestandaardopening is 0,3-0,8 mm), kan de uitzettingskracht niet effectief worden beperkt door de schaal en zal deze naar een hogere mate van vrijheid in verticale richting draaien, waardoor vervorming van de afdekplaat of zijwand ontstaat. Bovendien zal bij de productie van lithiumbatterijen voor zonne-energieopslagsystemen, als de opening tussen de kern en de binnenwand van de schaal de norm overschrijdt, de negatieve elektrode eerst de omliggende openingen opvullen tijdens het uitzetten, waardoor het verticale vervormingseffect verder wordt versterkt.

Ook afwijkingen in de procesbeheersing tijdens het productieproces kunnen vervormingsproblemen veroorzaken of verergeren. Als de opening tussen de afdekplaat en de schaal tijdens het assemblageproces groter is dan 0,2 mm, zal de thermische spanning tijdens het lassen overlappen met het effect van de verplaatsing van de opening, wat direct tot vervorming leidt; Als de vacuümgraad tijdens de afdichtingsfase te laag wordt ingesteld (onder -90 kPa), zal de externe atmosferische druk direct inwerken op de zwakke delen van de schaal, waardoor passieve compressievervorming ontstaat.

Gebaseerd op het bovenstaande vervormingsmechanisme en de technische praktijk in de industrie, kan een preventie- en controlesysteem worden geconstrueerd op basis van dimensies als materiaaloptimalisatie, procesverbetering, interne drukcontrole en procesversterking. In termen van materiaal- en structurele optimalisatie is het kernidee het verbeteren van het draagvermogen van de schaal, wat kan worden bereikt door het gebruik van een 5052 aluminiumlegering met een toename van 30% in treksterkte, het toevoegen van 0,5-1,0 mm hoge verstevigingsribben aan de bovenzijde en het vergroten van de dikte van de schaal van de lithium-ionbatterijen van het Solar Home System tot 0,8-1,0 mm. Tegelijkertijd wordt een samengestelde lasstructuur toegepast die laserlassen en ultrasoon lassen combineert om de warmte-inbreng op één punt te verminderen en de stabiliteit van het lasgebied te verbeteren.

De verbetering van het lasproces moet zich richten op fijne controle, met behulp van de lasstrategie met gradiëntvermogen, dat wil zeggen een combinatie van parameters van 200 W/30 mm/s voor het startgedeelte, 250 W/25 mm/s voor het middengedeelte en 180 W voor het eindgedeelte, om de diepte van de door hitte beïnvloede zone binnen 0,5 mm te regelen; Optimaliseer tegelijkertijd het lasrupsontwerp door de continue lasrups te veranderen naar een gesegmenteerde lasmodus, waarbij elk segment 5-8 mm groot is en een spanningsvrijgavezone van 2 mm is gereserveerd. Vergroot tegelijkertijd de lasrupsbreedte tot 1,2 mm om het lasdraagvermogen te vergroten.

Interne drukcontrole moet uitgaan van twee aspecten: expansiecompensatie en onderdrukking van de gasproductie. Wat het structurele ontwerp betreft, kan een elastische bufferlaag met een compressiegraad van meer dan 50% worden geïnstalleerd aan de binnenkant van de afdekplaat van lithium-zonnebatterijen, waardoor er 0,5-1,0 mm expansieruimte overblijft om de drukimpact veroorzaakt door negatieve elektrode-expansie te verlichten; In termen van chemische systeemoptimalisatie kan het toevoegen van 1-2% FEC-filmvormende additieven aan het injectieproces abnormale schade aan de SEI-film effectief onderdrukken, de gasproductie onder volledige lading binnen 0,5 ml/Ah controleren (in realtime gecontroleerd via gaschromatografietests) en de interne drukaccumulatie vanaf de bron verminderen.

De versterking van de procescontrole vereist het gebruik van intelligente technologie, waarbij een visueel positioneringssysteem in het assemblageproces wordt geïntroduceerd om de positioneringsnauwkeurigheid binnen ± 0,05 mm te regelen. Tegelijkertijd zorgt het upgraden van de lasarmatuur naar een klemmodus met constante kracht voor een klemkracht van 20-30N met fluctuaties van maximaal 5%, waardoor het risico op vervorming als gevolg van afwijkingen in de montage wordt verminderd. Voeg een drukteststation toe in de chemische scheidingsfase, dat automatisch een alarm geeft wanneer de gedetecteerde druk 5 kPa overschrijdt. Tegelijkertijd zal, in combinatie met röntgendetectie van de vervormingssnelheid van de schaal, de drempel binnen 0,3% worden gecontroleerd om vroegtijdige identificatie en beheersing van vervormingsproblemen in de batterij voor het lithium-ion-energieopslagsysteem te bereiken.

Opgemerkt moet worden dat het voorkomen en beheersen van vervorming van de schaal van lithiumion voor BESS een systematisch technisch proces is. De technische parameters die bij het artikel betrokken zijn, moeten vóór implementatie worden gecombineerd met specifieke productieapparatuur, productmodellen en toepassingsscenario's, en worden geoptimaliseerd en geverifieerd via DOE-experimenten. Voor producten met speciale toepassingsscenario's, zoalsLithium--ionbatterijenis het noodzakelijk om de preventie- en controleparameters verder aan te passen op basis van de temperatuur- en drukkenmerken van de toepassingsomgeving om de structurele stabiliteit van het product gedurende de gehele levenscyclus te garanderen. Bovendien moet bij het voorkomen en beheersen van vervorming van oplaadbare lithium-ionbatterijcellen ook rekening worden gehouden met de thermodynamische veranderingen tijdens de laad- en ontlaadcycli, en moet er gedurende het hele proces kwaliteitscontrole worden bereikt.