Analýza odvetvia štrukturálnych komponentov lítium-iónových batérií: kľúčové materiály a výrobné trendy v oblasti energetických batérií

 

Štrukturálne komponenty napájacích batérií sú kľúčovými súčasťami systémov lítium{0}}iónových batérií, ktoré sú primárne zodpovedné za poskytovanie mechanickej podpory, tesnenia, vedenia prúdu a bezpečnostnej ochrany pre články batérie. Všeobecne povedané, konštrukčné komponenty napájacích batérií zahŕňajú vrchné kryty článkov, oceľové alebo hliníkové kryty, konektory batérií a flexibilné konektory; úzko definované, vzťahujú sa najmä na kryty článkov a zostavy horného krytu batérie, ako je kryt napájacej batérie a vrchný kryt lítiovej batérie.

 

V štruktúre batérie poskytujú konštrukčné komponenty nielen fyzickú ochranu, ale tiež priamo ovplyvňujú tesniaci výkon, schopnosti tepelného manažmentu a bezpečnostnú spoľahlivosť systému batérie. S rýchlym vývojom nových energetických vozidiel a systémov na ukladanie energie neustále narastá význam konštrukčných komponentov, najmä v systémoch štandardných napájacích batérií s vysokou-energiou-a s vysokou-bezpečnosťou-, kde sa lítium{5}}iónové kryty batérií stali jedným z kľúčových komponentov pri navrhovaní batérií.

 

 

 

Na základe rôznych technológií balenia napájacích batérií sú v súčasnosti na trhu tri hlavné konštrukčné formy batérií: prizmatické batérie, valcové batérie a vreckové batérie. Rôzne formy balenia zodpovedajú rôznym systémom štruktúrnych komponentov.

 

Valcové a hranolové batérie sa bežne označujú ako batérie s pevným {0}puzdrom, ktorých štruktúra pozostáva najmä z puzdra a krytu. Prizmatické batérie zvyčajne používajú puzdro z hliníkovej zliatiny v kombinácii so štrukturálnymi komponentmi, ako je prizmatické veko lítiovej batérie alebo horné veko pre prizmatické články batérie, aby sa dosiahlo tesnenie a prúdové spojenie.

 

Na rozdiel od toho, vreckové batérie používajú ako obalový materiál hliníkovú -plastovú fóliu, čo má za následok výrazne odlišnú štrukturálnu formu ako batérie s pevným -puzdrom. V nových energetických vozidlách a aplikáciách na ukladanie energie však zostávajú prizmatické batérie s pevným puzdrom hlavným riešením kvôli ich vysokej bezpečnosti a štrukturálnej stabilite, čo vedie k neustálemu rastu dopytu na trhu po hliníkových krytoch batérií a súvisiacich komponentoch krytov.

 

 

 

Z priemyselného hľadiska majú konštrukčné komponenty napájacích batérií charakteristiky „spracovania hromadného materiálu“ aj „presnej výroby“.

 

Pokiaľ ide o štruktúru nákladov, náklady na suroviny zvyčajne predstavujú viac ako 50 % celkových nákladov na konštrukčné komponenty. Konštrukčné komponenty batérie s hranolovým hliníkovým-krytom používajú predovšetkým hliníkovú zliatinu ako hlavný materiál, pričom zahŕňajú aj pomocné materiály, ako je meď, oceľ a technické plasty. Napríklad v konštrukciách vrchného krytu batérie musia bežné hliníkové krycie dosky batérií vyvážiť pevnosť, vodivosť a odolnosť proti korózii.

 

V prípade niektorých súčasných-vodivých komponentov sú na vyváženie vodivosti a kontroly hmotnosti potrebné aj medené-hliníkové kompozitné štruktúry. Napríklad medené a hliníkové bimetalové bipolárne doskové konštrukcie sa používajú v komponentoch pripojenia prúdu v niektorých batériových systémoch.

 

Na strane výroby je výroba konštrukčných komponentov napájacích batérií typickým presným výrobným procesom. Puzdro sa zvyčajne vyrába pomocou lisovania a viacerých procesov naťahovania, zatiaľ čo zostava horného krytu zahŕňa viacero procesov, ako je lisovanie, laserové zváranie, vstrekovanie a presná montáž. S rastúcou úrovňou automatizácie v tomto odvetví sa výroba štrukturálnych komponentov postupne presúva smerom k flexibilným výrobným linkám a vysoko automatizovaným zariadeniam, aby splnila požiadavky-veľkej-konzistentnej výroby.

 

 

Nové napájacie batérie energetických vozidiel zvyčajne pozostávajú zo stoviek alebo dokonca tisícok článkov; preto je konzistencia článkov rozhodujúca pre výkon celého batériového modulu a batériového bloku. V tomto aplikačnom prostredí musí výrobná presnosť a stabilita kvality konštrukčných komponentov dosahovať extrémne vysoké štandardy.

 

Výroba batérií{0}}pre automobilový priemysel zvyčajne vyžaduje kontrolu chybovosti na úrovni PPM, čo kladie prísne požiadavky na rozmerovú presnosť, kvalitu zvárania a spoľahlivosť konštrukčných komponentov. Napríklad v prizmatických batériách kvalita zvárania a tesnenia medzi krytom prizmatickej lítiovej batérie a plášťom článku priamo ovplyvňuje vzduchotesnosť a životnosť batérie.

 

Okrem toho počas montáže modulu musí konštrukcia horného krytu tiež poskytovať funkcie súčasného pripojenia a bezpečnostnej ochrany; preto konštrukčné prvky, ako je hliníkový kryt batériového boxu, musia mať vynikajúcu mechanickú pevnosť a tepelnú odolnosť.

 

 

V posledných rokoch s rýchlym rozvojom priemyslu nových energetických vozidiel cena napájacích batérií naďalej klesala. Zníženie nákladov na batériové systémy vychádza najmä z troch aspektov:-výroba vo veľkom meradle, technologický pokrok a optimalizácia nákladov na materiál.

 

V štruktúre nákladov na článok tvoria náklady na štrukturálne komponenty typicky asi 8 % nákladov na článok. Hoci ceny surovín (ako hliník, meď a oceľ) výrazne neklesli, celkové náklady na konštrukčné komponenty stále vykazujú klesajúci trend vďaka automatizovanej výrobe, lepšiemu využitiu materiálov a optimalizovanej efektívnosti výroby.

 

Napríklad optimalizácia dizajnu rozloženia materiálu môže výrazne zlepšiť využitie hliníka, čím sa znížia jednotkové náklady na produkt. V systémoch balenia batérií je vylepšená efektívnosť výroby krytu batérie a súvisiacich komponentov horného krytu kľúčovým faktorom, ktorý vedie k zníženiu nákladov v priemysle štrukturálnych komponentov.

 

 

V pevných-štruktúrach batérie je komponent horného krytu technologicky najpokročilejším dielom. Horný kryt nielen utesňuje batériový článok, ale integruje aj viacero kľúčových funkčných modulov.

 

Po prvé, poskytuje tesnenie a fixáciu. Po zložení článku batérie je horný kryt laserom-privarený k hliníkovému krytu, čím sa vytvorí úplne utesnená štruktúra. Komponenty ako Prismatic Lithium Battery Annexe zohrávajú túto úlohu vo svojom konštrukčnom dizajne.

 

Po druhé, poskytuje vedenie prúdu. Svorky v hornom kryte sú privarené k plôškam článku batérie pomocou spojovacích plôšok, čo umožňuje vedenie prúdu v článku batérie a pripojenie k prípojnici na úrovni modulu.

 

Okrem toho horný kryt integruje viacero bezpečnostných ochranných štruktúr. Napríklad dosky proti výbuchu-a preklopné{2}} dosky môžu znížiť tlak alebo prerušiť prúd, keď sa vnútorný tlak batérie abnormálne zvýši, čím sa zníži riziko úniku tepla z batérie. V niektorých dizajnoch sa zostava horného krytu nazýva aj súprava bezpečnostných krytov LFP, ktorá sa používa ako bezpečnostná ochranná konštrukcia v batériových systémoch s lítium-železofosfátom.

 

 

V porovnaní so zostavou horného krytu je výrobný proces krytu batérie relatívne jednoduchý, vo všeobecnosti využíva proces kontinuálneho rozťahovania na výrobu hliníkových štruktúr krytu. Avšak, ako sa hustota energie batérie neustále zvyšuje, požiadavky na vlastnosti materiálu krytu sú tiež čoraz prísnejšie.

 

V súčasnosti priemysel optimalizuje zloženie materiálov z hliníkovej zliatiny na zlepšenie pevnosti, húževnatosti a odolnosti puzdra voči korózii pod napätím. Súčasne niektoré návrhy premiestňujú konštrukciu odolnú proti výbuchu- z horného krytu na miesto krytu, aby sa ešte viac zvýšila bezpečnosť batériového systému.

 

S pokračujúcou expanziou nových energetických vozidiel a odvetví skladovania energie sa budú konštrukčné komponenty batérie naďalej zlepšovať z hľadiska materiálového výkonu, konštrukčného dizajnu a výrobných procesov a kľúčové konštrukčné komponenty, ako sú lítium{0}}iónové kryty batérií, budú hrať čoraz dôležitejšiu úlohu v bezpečnostnom systéme batérie.

 

 

 

Špecializujeme sa na výskum, vývoj a výrobu konštrukčných komponentov pre nové energetické batérie. Naše produkty pokrývajú širokú škálu vrchných krytov napájacích batérií a riešení štrukturálnych komponentov, vrátane krytov napájacích batérií, krytov prizmatických lítiových batérií, vrchných krytov prizmatických článkov batérií a hliníkových krytov batérií. Využitím vyspelého presného razenia, laserového zvárania a automatizovaných montážnych procesov môžeme poskytnúť vysokú spoľahlivosťLítium{0}}iónové kryty batériea prispôsobené konštrukčné komponenty pre nové energetické vozidlá, elektrické náradie a systémy skladovania energie, ktoré pomáhajú zákazníkom dosiahnuť bezpečnejšie a efektívnejšie návrhy systémov batérií.