Analysen av industrin för litium-jonbatterier för strukturkomponenter: utvecklingstrender för aluminiumhölje, påscell och förpackningsteknik för kraftbatterier

Med den snabba tillväxten av det nya energifordonet, energilagringssystemet, elektriska tvåhjuliga-och industriella reservkraftsmarknader har litiumbatteriets strukturella komponenter blivit en oumbärlig och avgörande del av industrikedjan för kraftbatterier. Som viktiga mekaniska skydd och elektriska anslutningskomponenter i batterisystemet påverkar strukturella komponenter direkt batteriets säkerhetsprestanda, tätningsprestanda, cykellivslängd och energiutnyttjandeeffektivitet.

 

Strukturella komponenter för litiumbatterier inkluderar vanligtvis cellhöljet, topplocksenheten, terminaler, anslutningsflikar, flexibla kontakter och batteriinkapslingsmaterial. Bland dessa är konstruktionskomponenter av aluminiumhölje en av de mest använda lösningarna inom det nuvarande batteriområdet, allmänt tillämpad i aluminiumfodral för EV-litiumbatteripaket, energilagringssystem och nya batterimoduler för energifordon.
 

 

 

Strukturella komponenter av litiumbatterier avser metall- eller kompositmaterial som används för att skydda cellen, möjliggöra strömledning, ge mekaniskt stöd och erbjuda säkerhetsskydd.

 

Baserat på förpackningsform är vanliga litiumbatterier för närvarande indelade i tre huvudtyper: prismatiska batterier, cylindriska batterier och påsebatterier.

 

Fyrkantiga och cylindriska batterier använder vanligtvis ett hårdmetallhölje, vars kärnstruktur består av batterihöljet och en täckplatta. Pouchbatterier, å andra sidan, använder en aluminium-plastfilminkapslingsstruktur för att uppnå en lättare design.

 

För storskaliga energilagringssystem förbättrar användningen av ett aluminiumhölje för Powerwall Lithium Battery Packs effektivt batteripaketets mekaniska styrka och miljöanpassningsförmåga, och finner därför en utbredd tillämpning i bostads- och kommersiell energilagring.

 

 

Power-batterier lagrar en stor mängd elektrisk energi. Vid överladdning, kortslutning eller termisk flykt stiger det inre trycket i cellen snabbt.

 

Strukturella komponenter säkrar inte bara cellerna utan utför även följande nyckelfunktioner:

 

Strömledning
Celltätning
Tryckavlastning
Kortslutningsskydd
Korrosionsskydd
Mekaniskt stöd

 

Speciellt i högspänningsbatterisystem och nya energifordonsplattformar påverkar designprecisionen hos strukturella komponenter direkt fordonets övergripande säkerhetsprestanda.

 

För kraftsystem som använder aluminiumhölje för bilbatterier måste strukturella komponenter samtidigt uppfylla flera krav, inklusive hög hållfasthet, lätt vikt och korrosionsbeständighet.
 

 

 

På den prismatiska batterimarknaden har aluminiumskal blivit det vanliga valet.

 

Aluminiummaterial är lätta, har utmärkt värmeledningsförmåga och är lätta att bearbeta och uppfyller de dubbla kraven på hög energitäthet och lätt design för kraftbatterier.

 

Moderna kraftbatterier använder i stor utsträckning aluminiumskallösningen för litiumprismatiska celler, och bildar en komplett skalstruktur genom djupdragnings-, stämplings- och precisionssvetsningsprocesser.

 

För de nya energibussarna och kommersiella fordonssektorerna har aluminiumskal för EV elbuss LiFePO4 batteripaket blivit en viktig applikationsriktning, med deras hög-hållfasta struktur som klarar av-långsiktiga vibrationer och komplexa driftsförhållanden.

 

Samtidigt använder energilagringsbatteriområdet i allt högre grad aluminiumskal för litiumjärnfosfatbattericeller för att förbättra den övergripande säkerheten och tillförlitligheten hos litiumjärnfosfatbatterisystem.

 

 

I en hård-batteristruktur är locket vanligtvis den mest tekniskt avancerade delen.

En komplett batterilucka innehåller vanligtvis:

 

Terminaler
Explosionssäker-ventil
Säkerhetsventil
Aktuell avbrottsenhet
Isoleringskomponenter

 

När det interna trycket i batteriet ökar onormalt, kan den explosionssäkra strukturen släppa ut trycket i tid, vilket minskar risken för termisk rusning.

 

Terminalerna ansvarar för strömöverföringen, vilket säkerställer en stabil anslutning mellan cellen och den externa kretsen.

I konstruktionen av stora LFP batterialuminiumskal bestämmer ofta höljets lufttäthet och svetskvalitet hela cellens livslängd.

 

 

Tillverkningen av aluminiumskal av litiumbatteri hör till det typiska området för precisionsmetallbearbetning.

Vanliga processer inkluderar:

 

Precisionsstämpling
Djupteckning
Lasersvetsning
CNC precisionsbearbetning
Ytbehandling

Djupritningsteknik bestämmer direkt skalets dimensionella noggrannhet och konsistens.

 

För prismatiska LFP-cell-aluminiumskalprodukter kontrolleras dimensionella toleranser vanligtvis inom ett mycket litet område för att säkerställa stabiliteten vid efterföljande automatiserad montering.

 

Med förbättringen av automatiserade produktionsnivåer har moderna produktionslinjer för strukturella komponenter i stor utsträckning antagit intelligenta inspektionssystem för att uppnå hög-konsistent tillverkning.
 

 

 

Till skillnad från hårda-batterier använder mjuka-batterier en aluminium-plastfilm för inkapsling.

 

Aluminium-plastfilmen består vanligtvis av ett nylonskikt, ett aluminiumfolieskikt och ett polypropenskikt, vilket erbjuder goda barriäregenskaper och flexibilitet.

 

De största fördelarna med mjuka-batterier är:

Lättvikt, hög energitäthet, flexibel design och bra säkerhetsprestanda.

Därför används de i stor utsträckning inom konsumentelektronik,-avancerad energilagring och vissa nya energifordonsområden.

 

För vissa lätta applikationer, som produkter relaterade till aluminiumfodral för mjuka-uppladdningsbara LiFePO4-batterier, baseras ofta valet mellan mjuka-paket och aluminium-lösningar på specifika krav.

 

 

Fyrkantiga batterier erbjuder fördelar som kompakt struktur, hög packningseffektivitet och högt utrymmesutnyttjande, vilket gör dem till det vanliga tillvägagångssättet på den nuvarande marknaden för nya energifordon.

 

Cylindriska batterier har mogna tillverkningsprocesser, hög konsistens och är lämpliga för stor-automatiserad produktion. Många Samsung prismatiska celler aluminiumskal och cylindriska batterisystem använder standardiserade tillverkningsmetoder för att säkerställa produktstabilitet.

 

Påsbatterier erbjuder högre energitäthet och lägre vikt, men deras tillverkningsprocess är mer komplex och kräver förpackningsmaterial av högre-kvalitet.

 

Ur ett marknadsutvecklingsperspektiv kommer dessa tre tekniska vägar att samexistera under en lång period och bilda differentierade layouter baserade på olika tillämpningsscenarier.

 

 

Med den fortsatta tillväxten av nya energifordon, energilagringssystem och intelligent transportutrustning utvecklas litium-jonbatteriets strukturella komponenter i följande riktningar:

 

Användning av högre-hållfasta aluminiumlegeringsmaterial

Lättare strukturell design

Högre nivåer av automatiserad produktion

Högre-dimensionell konsistenskontroll

Överlägsen säkerhetsskyddsdesign

Högre materialutnyttjande

 

I framtiden, oavsett om det är aluminiumfodralet för bil LiFePO4 batteripaket, aluminiumfodralet för elcykelbatteriet eller det prismatiska litiumbatteriet aluminiumskal som används i storskaliga energilagringssystem, kommer alla att fortsätta att uppgraderas mot högre precision, högre tillförlitlighet och lägre kostnad.

 

 

Även om strukturkomponenter för litium-jonbatterier inte står för den högsta andelen av batterikostnaderna, är de avgörande grundläggande komponenter som bestämmer batterisäkerhet, stabilitet och livslängd. Frånaluminiumskal för litium-jonbatteriertill storskaliga-batterimoduler, från energilagringssystem till elfordon, har utvecklingen av strukturell komponentteknologi alltid gått framåt i takt med uppgraderingen av den nya energiindustrin. Med ständiga framsteg inom tillverkningsprocesser och ständig innovation inom materialteknik kommer högpresterande aluminiumskalsstrukturkomponenter att spela en ännu viktigare roll i den framtida nya energiindustrins kedja.