Mehanizem deformacije in strategije preprečevanja aluminijaste lupine litij{0}}ionskih baterij

Litij-ionske baterije se s svojimi prednostmi pravilne strukture in visoke energijske gostote pogosto uporabljajo na področjih, kot so vozila z novo energijo. Vendar pa so zaradi svojih anizotropnih strukturnih značilnosti nagnjeni k težavam z deformacijami, kot so konkavne in konveksne celice zaradi neenakomernih sil v smeri dolžine in širine med proizvodnjo, kar posledično vpliva na varnost in življenjsko dobo baterije. Pojav težav z deformacijo je tesno povezan z več vidiki, kot so lastnosti materiala, proizvodni procesi in notranji okoljski nadzor Power Battery Cell. Vzroke je treba analizirati z več dimenzij in izvajati usmerjene politike. Ta članek nudi poglobljeno-analizo glavnih vzrokov za deformacije v napajalnih celicah Lifepo4 ter sistemskih preventivnih in nadzornih ukrepov ter zagotavlja tehnične reference za prakso industrijske proizvodnje.

V proizvodnem sistemu litij-ionskih baterij je stabilnost strukture lupine litij-ionskih baterij neposredno povezana z zanesljivostjo izdelka, pojav težav z deformacijo pa je pogosto posledica sinergističnega učinka več dejavnikov, kot so lastnosti materiala, nadzor procesa in notranje termodinamično stanje. Z vidika materiala in strukturnih dimenzij sta izbira materiala aluminijaste lupine in zasnova trdnosti temeljna dejavnika. Če se uporabljajo materiali z nezadostno natezno trdnostjo, kot je aluminijeva zlitina 3003, ali če je debelina lupine manjša od 0,6 mm, so nagnjeni k deformacijam pod notranjim tlakom in toplotno obremenitvijo. Hkrati pa ni mogoče prezreti strukturnih značilnosti območja varjenja. Območje-vpliva toplote, ki nastane med postopkom varjenja, bo doživelo 20-30-odstotno zmanjšanje lokalne trdnosti zaradi reorganizacije rešetke in postalo območje koncentracije napetosti, ki je nagnjeno k deformacijam, ko je izpostavljeno kasnejšim obremenitvam.

Racionalnost varilnega postopka odločilno vpliva na strukturno stabilnost ohišja litij-ionske baterije za solarni sistem, procesne napake pa so pomemben člen pri povzročanju deformacije. Lasersko varjenje, kot glavni postopek, če je nadzor dovoda toplote izpod nadzora, kot je moč, ki presega 300 W ali hitrost varjenja pod 30 mm/s, bo povzročilo lokalne temperature, ki bodo močno presegle tališče aluminija pri 660 stopinjah, bazen staljene plasti pa bo preglobok, kar bo povzročilo močno povečanje napetosti pri hlajenju pri krčenju; Neustrezna zasnova zvara, kot je odsotnost zarez za razbremenitev napetosti pri neprekinjenem obročastem varjenju in širina zvara manj kot 0,8 mm, lahko zmanjša-nosilnost zvara in dodatno poveča tveganje deformacije.

Nenormalni notranji tlak baterije je glavni termodinamični vzrok za deformacijo, ki obstaja tudi v običajnih sistemih, kot je LiFePO4 litij-ionska baterija. Stranske reakcije, kot je razgradnja elektrolita in nenormalna poškodba filma SEI v baterijski celici, bodo pospešile proizvodnjo plina, ko temperatura preseže 45 stopinj, in ko notranji tlak preseže 10 kPa, bo potisnilo lupino, da se deformira; Hkrati lahko stopnja ekspanzije negativne elektrode doseže 20-30% v popolnoma napolnjenem stanju. Če reža med jedrom in notranjo steno ohišja presega 1,0 mm (industrijska standardna reža je 0,3–0,8 mm), lupina ne more učinkovito omejiti raztezne sile in se bo obrnila proti višji stopnji svobode v navpični smeri, kar bo povzročilo deformacijo pokrovne plošče ali stranske stene. Poleg tega pri proizvodnji litijevih baterijskih paketov sistemov za shranjevanje sončne energije, če reža med jedrom in notranjo steno ohišja presega standard, bo negativna elektroda pri razširitvi najprej zapolnila okoliške reže, kar še poveča učinek navpične deformacije.

Odstopanja pri nadzoru procesa med proizvodnim procesom lahko povzročijo ali poslabšajo težave z deformacijami. Če reža med pokrivno ploščo in lupino med postopkom sestavljanja preseže 0,2 mm, se bo toplotna obremenitev med varjenjem prekrivala z učinkom premika reže, kar bo neposredno povzročilo deformacijo; Če je med fazo tesnjenja stopnja vakuuma nastavljena prenizko (pod -90 kPa), bo zunanji atmosferski tlak neposredno deloval na šibke dele lupine, kar bo povzročilo pasivno kompresijsko deformacijo.

Na podlagi zgornjega mehanizma deformacije in industrijske tehnične prakse je mogoče sestaviti preventivni in nadzorni sistem iz dimenzij, kot so optimizacija materiala, izboljšanje procesa, nadzor notranjega tlaka in krepitev procesa. Kar zadeva materialno in strukturno optimizacijo, je glavna zamisel izboljšati-nosilnost ohišja, kar je mogoče doseči z uporabo aluminijeve zlitine 5052 s 30-odstotnim povečanjem natezne trdnosti, dodajanjem 0,5-1,0 mm visokih ojačitvenih reber na zgornjem pokrovu in povečanjem debeline ohišja litij-ionskih baterij sistema Solar Home System za 0,8-1,0 mm. Hkrati je sprejeta kompozitna varilna struktura, ki združuje lasersko varjenje in ultrazvočno varjenje, da se zmanjša vnos toplote v eno točko in izboljša stabilnost območja varjenja.

Izboljšanje varilnega postopka se mora osredotočiti na fino kontrolo z uporabo gradientne strategije varjenja moči, to je kombinacije parametrov 200 W/30 mm/s za začetni del, 250 W/25 mm/s za srednji del in 180 W za končni del, za nadzor globine toplotno prizadetega območja znotraj 0,5 mm; Hkrati optimizirajte zasnovo zvara tako, da neprekinjeni zvar spremenite v način segmentiranega varjenja, pri čemer je vsak segment 5-8 mm in rezervirano območje za sprostitev napetosti 2 mm. Hkrati povečajte širino zvara na 1,2 mm, da povečate nosilnost zvara.

Nadzor notranjega tlaka mora začeti z dveh vidikov: kompenzacija ekspanzije in zatiranje proizvodnje plina. Kar zadeva konstrukcijsko zasnovo, je mogoče na notranjo stran pokrovne plošče litijevih sončnih baterij namestiti elastično vmesno plast s stopnjo stiskanja, ki presega 50 %, pri čemer ostane 0,5-1,0 mm razteznega prostora za ublažitev vpliva tlaka, ki ga povzroči raztezanje negativne elektrode; Kar zadeva optimizacijo kemičnega sistema, lahko dodajanje 1-2% FEC aditivov za tvorbo filma v procesu vbrizgavanja učinkovito prepreči nenormalne poškodbe SEI filma, nadzoruje proizvodnjo plina pri polni polnitvi znotraj 0,5 ml/Ah (spremljano v realnem času s testiranjem s plinsko kromatografijo) in zmanjša kopičenje notranjega tlaka iz vira.

Krepitev nadzora procesa zahteva uporabo inteligentne tehnologije, ki uvaja sistem vizualnega pozicioniranja v procesu montaže za nadzor natančnosti pozicioniranja v okviru ± 0,05 mm. Hkrati nadgradnja varilne naprave na način vpenjanja s konstantno silo zagotavlja vpenjalno silo 20-30N z nihanji, ki ne presegajo 5 %, kar zmanjšuje tveganje deformacije zaradi odstopanja pri sestavljanju. Dodajte postajo za testiranje tlaka v fazi kemičnega ločevanja, ki bo samodejno sprožila alarm, ko zaznani tlak preseže 5 kPa. Hkrati bo v kombinaciji z rentgenskim zaznavanjem stopnje deformacije ohišja prag nadzorovan znotraj 0,3 %, da se doseže zgodnja identifikacija in nadzor težav z deformacijo v bateriji za litij-ionski sistem za shranjevanje energije.

Opozoriti je treba, da je preprečevanje deformacije in nadzor lupine litij-ionskega sistema za BESS sistematičen inženirski proces. Tehnične parametre, vključene v izdelek, je treba kombinirati s specifično proizvodno opremo, modeli izdelkov in scenariji uporabe ter jih pred izvedbo optimizirati in preveriti s poskusi DOE. Za izdelke s posebnimi scenariji uporabe, kot je nprLitij-ionske baterije, je treba dodatno prilagoditi parametre preprečevanja in nadzora na podlagi značilnosti temperature in tlaka okolja uporabe, da se zagotovi strukturna stabilnost izdelka skozi njegov celoten življenjski cikel. Poleg tega je treba pri preprečevanju deformacij in nadzoru polnilnih litij-ionskih baterijskih celic upoštevati tudi termodinamične spremembe med cikli polnjenja in praznjenja ter doseči nadzor kakovosti skozi celoten proces.