Mecanisme de deformació i estratègies de prevenció de la carcassa d'alumini de les bateries d'ions de liti{0}

Les bateries d'ions de liti-, amb els seus avantatges d'estructura regular i alta densitat d'energia, s'utilitzen àmpliament en camps com els vehicles de nova energia. Tanmateix, les seves característiques estructurals anisòtropes els fan propensos a problemes de deformació com les cèl·lules còncaves i convexes a causa de forces desiguals en les direccions de longitud i amplada durant la producció, que al seu torn afecta la seguretat i la vida útil de la bateria. L'aparició de problemes de deformació està estretament relacionada amb múltiples aspectes, com ara les propietats del material, els processos de fabricació i el control ambiental intern de la pila d'energia. Cal analitzar les causes des de múltiples dimensions i implementar polítiques dirigides. Aquest article ofereix una-anàlisi en profunditat de les causes bàsiques de la deformació de les cèl·lules d'energia Lifepo4 i les mesures de prevenció i control del sistema, proporcionant una referència tècnica per a la pràctica de producció de la indústria.

En el sistema de producció de bateries d'ions de liti, l'estabilitat de l'estructura de la carcassa de les bateries d'ions de liti- està directament relacionada amb la fiabilitat del producte, i l'aparició de problemes de deformació sovint és el resultat de l'efecte sinèrgic de múltiples factors, com ara les propietats del material, el control del procés i l'estat termodinàmic intern. Des de la perspectiva del material i les dimensions estructurals, la selecció del material de la carcassa d'alumini i el disseny de resistència són els factors fonamentals. Si s'utilitzen materials amb una resistència a la tracció insuficient, com ara l'aliatge d'alumini 3003, o si el gruix de la closca és inferior a 0,6 mm, són propensos a deformar-se sota pressió interna i tensió tèrmica. Al mateix temps, no es poden ignorar les característiques estructurals de la zona de soldadura. La zona afectada per la calor-formada durant el procés de soldadura experimentarà una disminució del 20-30% de la resistència local a causa de la reorganització de la gelosia, convertint-se en una àrea de concentració d'esforços que és propensa a deformar-se quan se sotmet a tensions posteriors.

La racionalitat del procés de soldadura té un impacte decisiu en l'estabilitat estructural de la carcassa de la bateria d'ions de liti per al sistema solar, i els defectes del procés són un enllaç important per induir la deformació. La soldadura per làser, com a procés principal, si el control d'entrada de calor està fora de control, com ara una potència superior a 300 W o una velocitat de soldadura inferior a 30 mm/s, provocarà temperatures locals que superin amb escreix el punt de fusió de l'alumini a 660 graus i la piscina fosa serà massa profunda, provocant un fort augment de l'estrès de refredament; El disseny inadequat del cordó de soldadura, com ara l'absència d'osques d'alleujament de tensió en la soldadura d'anell contínua i l'amplada del cordó de soldadura inferior a 0,8 mm, pot reduir la capacitat de càrrega-de la soldadura i agreujar encara més el risc de deformació.

La pressió interna anormal de la bateria és la principal causa termodinàmica de la deformació, que també existeix en sistemes principals com la bateria d'ions de liti LiFePO4. Les reaccions secundaris, com ara la descomposició d'electròlits i els danys anormals a la pel·lícula SEI dins de la cèl·lula de la bateria, acceleraran la producció de gas quan la temperatura superi els 45 graus, i quan la pressió interna superi els 10 kPa, empènyera la carcassa a deformar-se; Al mateix temps, la taxa d'expansió de l'elèctrode negatiu pot arribar al 20-30% en estat completament carregat. Si el buit entre el nucli i la paret interior de la carcassa supera els 1,0 mm (l'espai estàndard de la indústria és de 0,3-0,8 mm), la força d'expansió no es pot limitar eficaçment per la carcassa i girarà cap a un major grau de llibertat en direcció vertical, provocant una deformació de la placa de coberta o de la paret lateral. A més, en la producció del paquet de bateries de liti de sistemes d'emmagatzematge d'energia solar, si el buit entre el nucli i la paret interior de la carcassa supera l'estàndard, l'elèctrode negatiu omplirà primer els buits circumdants quan s'expandeixi, amplificant encara més l'efecte de deformació vertical.

Les desviacions del control del procés durant el procés de producció també poden induir o agreujar problemes de deformació. Si la bretxa entre la placa de coberta i la carcassa supera els 0,2 mm durant el procés de muntatge, la tensió tèrmica durant la soldadura es superposarà amb l'efecte de desplaçament de la bretxa, provocant directament la deformació; Si el grau de buit s'estableix massa baix (per sota de -90 kPa) durant l'etapa de segellat, la pressió atmosfèrica externa actuarà directament sobre les parts febles de la carcassa, provocant una deformació per compressió passiva.

A partir del mecanisme de deformació anterior i de la pràctica tècnica de la indústria, es pot construir un sistema de prevenció i control a partir de dimensions com ara l'optimització de materials, la millora del procés, el control intern de la pressió i l'enfortiment del procés. Pel que fa a l'optimització de materials i estructura, la idea bàsica és millorar la capacitat de càrrega-de la carcassa, que es pot aconseguir mitjançant l'ús d'un aliatge d'alumini 5052 amb un augment del 30% de la resistència a la tracció, afegint costelles de reforç de 0,5-1,0 mm d'alçada a l'àrea de coberta superior i augmentant el gruix de la carcassa del sistema solar de bateries de la casa. 0,8-1,0 mm. Al mateix temps, s'adopta una estructura de soldadura composta que combina soldadura làser i soldadura per ultrasons per reduir l'entrada de calor d'un sol punt i millorar l'estabilitat de la zona de soldadura.

La millora del procés de soldadura s'ha de centrar en un control fi, utilitzant l'estratègia de soldadura de potència de gradient, és a dir, una combinació de paràmetres de 200 W/30 mm/s per a la secció inicial, 250 W/25 mm/s per a la secció mitjana i 180 W per a la secció final, per controlar la profunditat de la zona afectada per la calor dins de 0,5 mm; Al mateix temps, optimitzeu el disseny del cordó de soldadura canviant el cordó de soldadura continu a un mode de soldadura segmentat, amb cada segment de 5-8 mm i una zona d'alliberament de tensió de 2 mm reservada. Al mateix temps, augmenteu l'amplada del cordó de soldadura a 1,2 mm per millorar la capacitat de suport de la soldadura.

El control intern de la pressió ha de partir de dos aspectes: la compensació de l'expansió i la supressió de la producció de gas. Pel que fa al disseny estructural, es pot instal·lar una capa d'amortiment elàstica amb una taxa de compressió superior al 50% a l'interior de la placa de coberta de les bateries solars de liti, deixant 0,5-1,0 mm d'espai d'expansió per alleujar l'impacte de pressió causat per l'expansió negativa de l'elèctrode; Pel que fa a l'optimització del sistema químic, l'addició d'additius pel·lícules FEC de l'1-2% al procés d'injecció pot suprimir eficaçment els danys anormals a la pel·lícula SEI, controlar la producció de gas amb càrrega completa dins de 0,5 ml/Ah (vigilada en temps real mitjançant proves de cromatografia de gas) i reduir l'acumulació de pressió interna des de la font.

L'enfortiment del control del procés requereix l'ús de tecnologia intel·ligent, introduint un sistema de posicionament visual en el procés de muntatge per controlar la precisió de posicionament dins de ± 0,05 mm. Al mateix temps, l'actualització del dispositiu de soldadura a un mode de subjecció de força constant garanteix una força de subjecció de 20-30N amb fluctuacions que no superen el 5%, reduint el risc de deformació causat per la desviació del muntatge. Afegiu una estació de prova de pressió a l'etapa de separació química, que alarmarà automàticament quan la pressió detectada superi els 5 kPa. Al mateix temps, combinat amb la detecció de raigs X-de la taxa de deformació de la closca, el llindar es controlarà dins del 0,3% per aconseguir la identificació i el control precoç dels problemes de deformació a la bateria per al sistema d'emmagatzematge d'energia d'ions de liti.

Cal assenyalar que la prevenció i control de la deformació de la carcassa d'ions de liti per a BESS és un procés d'enginyeria sistemàtic. Els paràmetres tècnics implicats en l'article s'han de combinar amb equips de producció específics, models de producte i escenaris d'aplicació, i s'han d'optimitzar i verificar mitjançant experiments del DOE abans de la implementació. Per a productes amb escenaris d'aplicació especials, com araBateries d'ió-liti, cal ajustar encara més els paràmetres de prevenció i control en funció de les característiques de temperatura i pressió de l'entorn d'aplicació per garantir l'estabilitat estructural del producte durant tot el seu cicle de vida. A més, la prevenció i el control de la deformació de la pila recarregable d'ions de liti també ha de tenir en compte els canvis termodinàmics durant els cicles de càrrega i descàrrega i aconseguir un control de qualitat durant tot el procés.