Анализ отрасли структурных компонентов литий-ионных аккумуляторов: тенденции развития технологий алюминиевого корпуса, пакетных элементов и упаковки силовых батарей

В условиях быстрого роста рынков новых энергетических транспортных средств, систем хранения энергии, электрических двухколесных-колесных транспортных средств и промышленного резервного питания структурные компоненты литиевых батарей стали незаменимой и важной частью цепочки производства энергетических батарей. Являясь жизненно важными компонентами механической защиты и электрических соединений аккумуляторной системы, структурные компоненты напрямую влияют на показатели безопасности аккумулятора, герметичность, срок службы и эффективность использования энергии.

 

Структурные компоненты литиевой батареи обычно включают корпус элемента, сборку верхней крышки, клеммы, соединительные выступы, гибкие разъемы и герметизирующие материалы батареи. Среди них структурные компоненты алюминиевого корпуса являются одним из наиболее широко используемых решений в современной области аккумуляторных батарей, широко применяемых в алюминиевых корпусах для литиевых аккумуляторов электромобилей, системах хранения энергии и новых силовых аккумуляторных модулях транспортных средств.
 

 

 

Структурные компоненты литиевой батареи — это детали из металла или композитного материала, используемые для защиты элемента, обеспечения проводимости тока, обеспечения механической поддержки и обеспечения безопасности.

 

В зависимости от формы упаковки основные литиевые батареи в настоящее время делятся на три основных типа: призматические батареи, цилиндрические батареи и аккумуляторы-мешочки.

 

Квадратные и цилиндрические батареи обычно имеют корпус из твердого металла, а их основная конструкция состоит из корпуса батареи и крышки. С другой стороны, в аккумуляторных батареях используется конструкция из алюминиевой-пластиковой пленки, что позволяет добиться более легкой конструкции.

 

В крупномасштабных-системах хранения энергии использование алюминиевого корпуса для литиевых аккумуляторных блоков Powerwall эффективно повышает механическую прочность и адаптируемость аккумуляторного блока к окружающей среде, что позволяет найти широкое применение в жилых и коммерческих системах хранения энергии.

 

 

Силовые аккумуляторы хранят большое количество электрической энергии. При перезарядке, коротком замыкании или перегреве внутреннее давление элемента быстро возрастает.

 

Структурные компоненты не только защищают клетки, но и выполняют следующие ключевые функции:

 

Текущая проводимость
Герметизация ячеек
Сброс давления
Защита от короткого замыкания
Защита от коррозии
Механическая поддержка

 

Точность конструкции структурных компонентов напрямую влияет на общие показатели безопасности транспортного средства, особенно в системах высоковольтных аккумуляторных батарей и платформах транспортных средств на новых источниках энергии.

 

Для систем питания, использующих алюминиевый корпус для автомобильных аккумуляторов, конструктивные компоненты должны одновременно отвечать множеству требований, включая высокую прочность, легкий вес и устойчивость к коррозии.
 

 

 

На рынке призматических аккумуляторов алюминиевые корпуса стали основным выбором.

 

Алюминиевые материалы легкие, обладают отличной теплопроводностью и просты в обработке, отвечая двойным требованиям высокой плотности энергии и легкости конструкции для силовых батарей.

 

В современных аккумуляторах широко применяется алюминиевый корпус для литиевых призматических элементов, образующий полную структуру корпуса посредством процессов глубокой вытяжки, штамповки и прецизионной сварки.

 

Для новых энергетических автобусов и коммерческого транспорта алюминиевые корпуса для аккумуляторных блоков LiFePO4 для электробусов стали важным направлением применения, поскольку их высоко-прочная конструкция способна выдерживать длительную-вибрацию и сложные условия эксплуатации.

 

Между тем, в области аккумуляторных батарей также все чаще используются алюминиевые корпуса для элементов литий-железо-фосфатных аккумуляторов, чтобы повысить общую безопасность и надежность систем литий-железо-фосфатных аккумуляторов.

 

 

В конструкции аккумулятора с твердым-корпусом крышка обычно является наиболее технологичной частью.

Полный комплект крышки аккумуляторного отсека обычно включает в себя:

 

Терминалы
Взрывозащищенный-клапан
Предохранительный клапан
Устройство прерывания тока
Изоляционные компоненты

 

Если внутреннее давление аккумулятора аномально возрастает, взрывозащищенная конструкция может вовремя сбросить давление, снижая риск температурного выхода из-под контроля.

 

Клеммы отвечают за передачу тока, обеспечивая стабильное соединение между ячейкой и внешней цепью.

В конструкции больших алюминиевых корпусов аккумуляторов LFP герметичность и качество сварки крышки часто определяют срок службы всей ячейки.

 

 

Производство алюминиевых корпусов литиевых батарей относится к типичной области прецизионной обработки металлов.

Общие процессы включают в себя:

 

Прецизионная штамповка
Глубокий рисунок
Лазерная сварка
Прецизионная обработка с ЧПУ
Обработка поверхности

Технология глубокой вытяжки напрямую определяет точность размеров и однородность корпуса.

 

Для продуктов с алюминиевым корпусом призматических ячеек LFP допуски на размеры обычно контролируются в очень небольшом диапазоне, чтобы обеспечить стабильность последующей автоматизированной сборки.

 

Благодаря повышению уровня автоматизации производства на современных линиях по производству конструктивных элементов широко используются интеллектуальные системы контроля, позволяющие добиться высокой-согласованности производства.
 

 

 

В отличие от аккумуляторов с твердым-корпусом, в аккумуляторах с мягким-корпусом для герметизации используется алюминиевая-пластиковая пленка.

 

Алюминиевая-пластиковая пленка обычно состоит из нейлонового слоя, слоя алюминиевой фольги и слоя полипропилена, что обеспечивает хорошие барьерные свойства и гибкость.

 

Самыми большими преимуществами мягких-аккумуляторов являются:

Легкий вес, высокая плотность энергии, гибкая конструкция и хорошие показатели безопасности.

Поэтому они широко используются в бытовой электронике, высокотехнологичных-накопителях энергии и в некоторых новых энергетических транспортных средствах.

 

Для некоторых легких приложений, таких как продукты, связанные с алюминиевым корпусом для мягких-аккумуляторов LiFePO4, выбор между мягким-корпусом и алюминиевым-корпусом часто зависит от конкретных требований.

 

 

Квадратные аккумуляторы обладают такими преимуществами, как компактная конструкция, высокая эффективность аккумуляторной батареи и высокая эффективность использования пространства, что делает их основным подходом на современном рынке транспортных средств на новой энергии.

 

Цилиндрические батареи имеют отработанные производственные процессы, отличаются высокой стабильностью и подходят для крупномасштабного автоматизированного производства. Многие призматические элементы Samsung с алюминиевым корпусом и цилиндрические аккумуляторные системы используют стандартизированные методы производства, чтобы обеспечить стабильность продукта.

 

Пакетные аккумуляторы обеспечивают более высокую плотность энергии и меньший вес, однако процесс их производства более сложен и требует более качественных упаковочных материалов.

 

С точки зрения развития рынка эти три технологических маршрута будут сосуществовать в течение значительного периода времени, образуя дифференцированные схемы, основанные на различных сценариях применения.

 

 

В условиях продолжающегося роста количества новых энергетических транспортных средств, систем хранения энергии и интеллектуального транспортного оборудования структурные компоненты литий-ионных аккумуляторов развиваются в следующих направлениях:

 

Применение материалов из более-алюминиевых сплавов повышенной прочности

Более легкая конструкция

Более высокий уровень автоматизации производства

Более высокий-контроль согласованности измерений

Превосходная конструкция защиты безопасности

Более высокий коэффициент использования материала

 

В будущем, будь то алюминиевый корпус для автомобильного аккумуляторного блока LiFePO4, алюминиевый корпус для аккумуляторного блока электровелосипеда или алюминиевый корпус литиевой призматической батареи, используемый в крупномасштабных-системах хранения энергии, все они будут продолжать модернизироваться в сторону большей точности, надежности и снижения стоимости.

 

 

Хотя структурные компоненты литий-ионного аккумулятора не составляют наибольшую долю стоимости аккумулятора, они являются важнейшими фундаментальными компонентами, определяющими безопасность, стабильность и срок службы аккумулятора. Оталюминиевые корпуса для литий-ионных-аккумуляторовдо крупномасштабных-модулей силовых аккумуляторов, от систем хранения энергии до электромобилей, развитие технологий структурных компонентов всегда шло параллельно с модернизацией новой энергетической отрасли. Благодаря постоянному совершенствованию производственных процессов и постоянным инновациям в технологии материалов, высокоэффективные конструкционные компоненты из алюминиевого корпуса будут играть еще более важную роль в будущей новой цепочке энергетической отрасли.