Litium{0}}ioni-akkujen alumiinikuoren muodonmuutosmekanismi ja estostrategiat

Litium{0}}ioniakkuja, joiden etuina ovat säännöllinen rakenne ja korkea energiatiheys, käytetään laajalti esimerkiksi uusissa energiaajoneuvoissa. Niiden anisotrooppiset rakenteelliset ominaisuudet tekevät niistä kuitenkin alttiita muodonmuutosongelmille, kuten koverille ja kuperille kennoille, jotka johtuvat epätasaisista voimista pituus- ja leveyssuunnissa tuotannon aikana, mikä puolestaan ​​vaikuttaa akun turvallisuuteen ja käyttöikään. Muodonmuutosongelmien esiintyminen liittyy läheisesti useisiin näkökohtiin, kuten materiaaliominaisuuksiin, valmistusprosesseihin ja Power Battery Cell -kennon sisäiseen ympäristön hallintaan. On tarpeen analysoida syitä useista ulottuvuuksista ja toteuttaa kohdennettuja politiikkoja. Tämä artikkeli sisältää perusteellisen analyysin Lifepo4 Power Cells -kennon muodonmuutosten keskeisistä syistä ja järjestelmän ehkäisy- ja ohjaustoimenpiteistä. Se tarjoaa teknistä viitettä teollisuuden tuotantokäytäntöihin.

Litiumioniakkujen tuotantojärjestelmässä litiumioniakkujen kuorirakenteen vakaus liittyy suoraan tuotteen luotettavuuteen, ja muodonmuutosongelmien esiintyminen johtuu usein useiden tekijöiden, kuten materiaalin ominaisuuksien, prosessin ohjauksen ja sisäisen termodynaamisen tilan, yhteisvaikutuksesta. Materiaalien ja rakenteellisten mittojen näkökulmasta alumiinikuoren materiaalin valinta ja lujuussuunnittelu ovat keskeisiä tekijöitä. Jos käytetään materiaaleja, joiden vetolujuus on riittämätön, kuten 3003-alumiiniseosta, tai jos kuoren paksuus on alle 0,6 mm, ne ovat alttiita muodonmuutokselle sisäisen paineen ja lämpörasituksen vaikutuksesta. Samanaikaisesti hitsausalueen rakenteellisia ominaisuuksia ei voida jättää huomiotta. Hitsausprosessin aikana muodostuneen lämpö{7}}vyöhykkeen paikallinen lujuus heikkenee 20-30 % hilan uudelleenjärjestelyn vuoksi, jolloin siitä tulee jännityskeskittymäalue, joka on altis muodonmuutokselle, kun siihen kohdistuu myöhempiä jännityksiä.

Hitsausprosessin rationaalisuus vaikuttaa ratkaisevasti aurinkokunnan litiumioniakun vaipan rakenteelliseen vakauteen, ja prosessivirheet ovat tärkeä linkki muodonmuutosten aiheuttamiseen. Laserhitsaus yleisenä prosessina, jos lämmönsyötön ohjaus ei ole hallinnassa, kuten teho ylittää 300 W tai hitsausnopeus alle 30 mm/s, se aiheuttaa paikallisia lämpötiloja, jotka ylittävät huomattavasti alumiinin sulamispisteen 660 asteessa, ja sulavesiallas on liian syvä, mikä lisää jyrkästi jäähdytyskutistumisjännitystä; Virheellinen hitsauspalon suunnittelu, kuten jännitystä vähentävien lovien puuttuminen jatkuvassa rengashitsauksessa ja hitsauspalon leveys alle 0,8 mm, voi vähentää hitsin kantokykyä ja pahentaa entisestään muodonmuutosriskiä.

Akun epänormaali sisäinen paine on muodonmuutosten keskeisin termodynaaminen syy, jota esiintyy myös yleisissä järjestelmissä, kuten LiFePO4-litiumioniakussa. Sivureaktiot, kuten elektrolyytin hajoaminen ja akkukennon sisällä olevan SEI-kalvon epänormaalit vauriot, kiihdyttävät kaasun tuotantoa, kun lämpötila ylittää 45 astetta, ja kun sisäinen paine ylittää 10 kPa, se työntää kuoren muotoaan; Samaan aikaan negatiivinen elektrodin laajenemisnopeus voi saavuttaa 20-30% täysin ladatussa tilassa. Jos ytimen ja vaipan sisäseinän välinen rako ylittää 1,0 mm (alan standardirako on 0,3-0,8 mm), vaippa ei voi tehokkaasti rajoittaa laajennusvoimaa ja se kääntyy kohti suurempaa vapausastetta pystysuunnassa aiheuttaen kansilevyn tai sivuseinän muodonmuutoksia. Lisäksi Solar Energy Storage Systems Lithium Battery Pack -akkupaketin tuotannossa, jos ytimen ja vaipan sisäseinän välinen rako ylittää standardin, negatiivinen elektrodi täyttää ensin ympäröivät raot laajentuessaan, mikä vahvistaa edelleen pystysuuntaista muodonmuutosvaikutusta.

Prosessin ohjauksen poikkeamat tuotantoprosessin aikana voivat myös aiheuttaa tai pahentaa muodonmuutosongelmia. Jos kansilevyn ja vaipan välinen rako ylittää 0,2 mm kokoonpanoprosessin aikana, hitsauksen aikana aiheutuva lämpöjännitys on päällekkäinen raon siirtymävaikutuksen kanssa, mikä johtaa suoraan muodonmuutokseen; Jos tyhjiöaste asetetaan liian alhaiseksi (alle -90 kPa) tiivistysvaiheessa, ulkoinen ilmanpaine vaikuttaa suoraan vaipan heikkoihin osiin aiheuttaen passiivista puristusmuodonmuutosta.

Edellä olevan muodonmuutosmekanismin ja alan teknisen käytännön perusteella voidaan rakentaa ehkäisy- ja ohjausjärjestelmä sellaisista mitoista kuin materiaalin optimointi, prosessin parantaminen, sisäinen paineensäätö ja prosessin vahvistaminen. Materiaalien ja rakenteellisen optimoinnin kannalta ydinajatuksena on parantaa kuoren-kantokykyä, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä 5052-alumiiniseosta, jonka vetolujuus kasvaa 30 %, lisäämällä 0,5-1,0 mm korkeita vahvistusripoja yläkannen alueelle ja lisäämällä Solarium Systemin Litterium-kuoren paksuutta. 0,8-1,0 mm. Samanaikaisesti laserhitsauksen ja ultraäänihitsauksen yhdistävä komposiittihitsausrakenne otetaan käyttöön vähentämään yhden pisteen lämmöntuottoa ja parantamaan hitsausalueen vakautta.

Hitsausprosessin parantamisessa on keskityttävä hienosäätöön käyttämällä gradienttitehohitsausstrategiaa, toisin sanoen parametrien yhdistelmää 200W/30mm/s aloitusosalle, 250W/25mm/s keskiosalle ja 180W loppuosalle, jotta lämpövaikutusalueen syvyyttä voidaan ohjata 0,5 mm:n sisällä. Samanaikaisesti optimoi hitsauspalon rakenne vaihtamalla jatkuva hitsauspalo segmentoituun hitsaustilaan, jolloin kukin segmentti on 5-8 mm ja varattu 2 mm jännityksenpoistoalue. Samanaikaisesti lisää hitsauspalon leveyttä 1,2 mm:iin hitsin kantavuuden parantamiseksi.

Sisäisen paineensäädön on aloitettava kahdesta näkökulmasta: paisuntakompensoinnista ja kaasuntuotannon tukahduttamisesta. Rakenteellisesti litium-aurinkoakkujen kansilevyn sisäpuolelle voidaan asentaa elastinen puskurikerros, jonka puristussuhde ylittää 50 %, jolloin jää 0,5{4}}1,0 mm laajenemistilaa vähentämään negatiivisen elektrodin laajenemisen aiheuttamaa painevaikutusta; Kemiallisen järjestelmän optimoinnin kannalta voidaan todeta, että 1-2 % FEC-kalvoa muodostavien lisäaineiden lisääminen ruiskutusprosessiin voi tehokkaasti estää SEI-kalvon epänormaalit vauriot, hallita kaasuntuotantoa täydellä latauksella 0,5 ml/Ah:ssa (seurataan reaaliajassa kaasukromatografiatestien avulla) ja vähentää sisäisen paineen kertymistä lähteestä.

Prosessin ohjauksen vahvistaminen edellyttää älykkään teknologian käyttöä, visuaalisen paikannusjärjestelmän käyttöönottoa kokoonpanoprosessissa paikannustarkkuuden ohjaamiseksi ± 0,05 mm:n tarkkuudella. Samanaikaisesti hitsauskiinnittimen päivittäminen vakiovoiman puristustilaan varmistaa 20-30 N:n puristusvoiman vaihteluiden ollessa enintään 5 %, mikä vähentää kokoonpanon poikkeaman aiheuttamaa muodonmuutosriskiä. Lisää kemiallisen erotusvaiheeseen painetestausasema, joka hälyttää automaattisesti, kun havaittu paine ylittää 5 kPa. Samaan aikaan yhdistettynä kuoren muodonmuutosnopeuden röntgensäteilyn havaitsemiseen, kynnystä säädetään 0,3 %:n sisällä, jotta saavutetaan varhainen muodonmuutosongelmien tunnistaminen ja hallinta litiumionienergian varastointijärjestelmässä.

On huomattava, että BESS:n litiumionikuoren muodonmuutosten estäminen ja hallinta on järjestelmällinen suunnitteluprosessi. Artikkelin tekniset parametrit on yhdistettävä tiettyihin tuotantolaitteisiin, tuotemalleihin ja sovellusskenaarioihin, ja ne on optimoitava ja tarkistettava DOE-kokeilla ennen käyttöönottoa. Tuotteille, joissa on erityisiä käyttöskenaarioita, kutenLitium{0}}ioni-akut, on tarpeen säätää edelleen esto- ja ohjausparametreja sovellusympäristön lämpötila- ja paineominaisuuksien perusteella, jotta varmistetaan tuotteen rakenteellinen stabiilisuus sen koko elinkaaren ajan. Lisäksi ladattavan litiumioniakkukennon muodonmuutosten estämisessä ja hallinnassa on myös otettava huomioon termodynaamiset muutokset lataus- ja purkujaksojen aikana ja saavutettava laadunvalvonta koko prosessin ajan.