Mekanisme deformasi dan strategi pencegahan cangkang aluminium Baterai Litium-ion

Baterai Litium-ion, dengan keunggulan struktur teratur dan kepadatan energi yang tinggi, banyak digunakan di bidang seperti kendaraan energi baru. Namun, karakteristik struktur anisotropiknya membuatnya rentan terhadap masalah deformasi seperti sel cekung dan cembung karena gaya yang tidak merata pada arah panjang dan lebar selama produksi, yang pada gilirannya mempengaruhi keselamatan dan masa pakai baterai. Terjadinya masalah deformasi erat kaitannya dengan berbagai aspek seperti sifat material, proses manufaktur, dan pengendalian lingkungan internal Power Battery Cell. Penting untuk menganalisis penyebab dari berbagai dimensi dan menerapkan kebijakan yang tepat sasaran. Artikel ini memberikan-analisis mendalam tentang penyebab utama deformasi pada Lifepo4 Power Cells serta tindakan pencegahan dan pengendalian sistem, yang memberikan referensi teknis untuk praktik produksi industri.

Dalam sistem produksi Baterai lithium ion, stabilitas struktur cangkang Baterai Lithium-ion berhubungan langsung dengan keandalan produk, dan terjadinya masalah deformasi sering kali disebabkan oleh efek sinergis dari beberapa faktor, seperti sifat material, kontrol proses, dan keadaan termodinamika internal. Dari segi material dan dimensi struktur, pemilihan material cangkang aluminium dan desain kekuatan merupakan faktor fundamental. Jika bahan dengan kekuatan tarik yang tidak mencukupi, seperti paduan aluminium 3003 digunakan, atau jika ketebalan cangkang kurang dari 0,6 mm, bahan tersebut rentan terhadap deformasi akibat tekanan internal dan tekanan termal. Pada saat yang sama, karakteristik struktural area pengelasan tidak dapat diabaikan. Zona terkena panas-yang terbentuk selama proses pengelasan akan mengalami penurunan kekuatan lokal sebesar 20-30% akibat reorganisasi kisi, menjadi area konsentrasi tegangan yang rentan terhadap deformasi ketika mengalami tegangan berikutnya.

Rasionalitas proses pengelasan memiliki dampak yang menentukan pada stabilitas struktural cangkang Baterai Lithium Ion untuk Tata Surya, dan cacat proses merupakan faktor penting yang menyebabkan deformasi. Pengelasan laser, sebagai proses utama, jika kontrol masukan panas di luar kendali, seperti daya melebihi 300W atau kecepatan pengelasan di bawah 30mm/s, hal ini akan menyebabkan suhu lokal jauh melebihi titik leleh aluminium pada 660 derajat, dan kolam cair akan terlalu dalam, menyebabkan peningkatan tajam dalam tekanan penyusutan pendinginan; Desain manik las yang tidak tepat, seperti tidak adanya takik pelepas tegangan pada pengelasan cincin kontinu dan lebar manik las kurang dari 0,8 mm, dapat mengurangi kapasitas menahan beban las dan semakin memperburuk risiko deformasi.

Tekanan internal baterai yang tidak normal adalah penyebab inti deformasi termodinamika, yang juga terjadi pada sistem arus utama seperti Baterai Lithium Ion LiFePO4. Reaksi samping seperti dekomposisi elektrolit dan kerusakan abnormal pada film SEI di dalam sel baterai akan mempercepat produksi gas ketika suhu melebihi 45 derajat, dan ketika tekanan internal melebihi 10kPa, hal itu akan mendorong cangkang untuk berubah bentuk; Pada saat yang sama, laju ekspansi elektroda negatif bisa mencapai 20-30% dalam keadaan terisi penuh. Jika jarak antara inti dan dinding bagian dalam cangkang melebihi 1,0 mm (celah standar industri adalah 0,3-0,8 mm), gaya ekspansi tidak dapat dibatasi secara efektif oleh cangkang dan akan mengarah ke tingkat kebebasan yang lebih tinggi dalam arah vertikal, menyebabkan deformasi pelat penutup atau dinding samping. Selain itu, dalam produksi Paket Baterai Lithium Sistem Penyimpanan Energi Surya, jika celah antara inti dan dinding bagian dalam cangkang melebihi standar, elektroda negatif pertama-tama akan mengisi celah di sekitarnya saat mengembang, sehingga semakin memperkuat efek deformasi vertikal.

Penyimpangan pengendalian proses selama proses produksi juga dapat menyebabkan atau memperburuk masalah deformasi. Jika celah antara pelat penutup dan cangkang melebihi 0,2 mm selama proses perakitan, tegangan termal selama pengelasan akan ditumpangkan pada efek perpindahan celah, yang secara langsung menyebabkan deformasi; Jika tingkat vakum diatur terlalu rendah (di bawah -90kPa) selama tahap penyegelan, tekanan atmosfer eksternal akan langsung bekerja pada bagian cangkang yang lemah, menyebabkan deformasi kompresi pasif.

Berdasarkan mekanisme deformasi dan praktik teknis industri di atas, sistem pencegahan dan pengendalian dapat dibangun dari dimensi seperti optimalisasi material, peningkatan proses, pengendalian tekanan internal, dan penguatan proses. Dalam hal pengoptimalan material dan struktur, ide intinya adalah untuk meningkatkan kapasitas-dukungan cangkang, yang dapat dicapai dengan menggunakan paduan aluminium 5052 dengan peningkatan kekuatan tarik sebesar 30%, menambahkan rusuk penguat setinggi 0,5-1,0 mm di area penutup atas, dan meningkatkan ketebalan cangkang Baterai Lithium Ion Sistem Rumah Surya menjadi 0,8-1,0 mm. Pada saat yang sama, struktur pengelasan komposit yang menggabungkan pengelasan laser dan pengelasan ultrasonik diadopsi untuk mengurangi masukan panas satu titik dan meningkatkan stabilitas area pengelasan.

Peningkatan proses pengelasan perlu fokus pada pengendalian halus, dengan menggunakan strategi pengelasan daya gradien, yaitu kombinasi parameter 200W/30mm/s untuk bagian awal, 250W/25mm/s untuk bagian tengah, dan 180W untuk bagian akhir, untuk mengontrol kedalaman zona yang terkena panas dalam 0,5mm; Pada saat yang sama, optimalkan desain manik las dengan mengubah manik las kontinu ke mode pengelasan tersegmentasi, dengan masing-masing segmen berukuran 5-8 mm dan zona pelepas tegangan 2 mm dicadangkan. Pada saat yang sama, tambah lebar manik las menjadi 1,2 mm untuk meningkatkan daya dukung las.

Pengendalian tekanan internal perlu dimulai dari dua aspek: kompensasi ekspansi dan penekanan produksi gas. Dalam hal desain struktural, lapisan penyangga elastis dengan tingkat kompresi melebihi 50% dapat dipasang di bagian dalam pelat penutup Baterai Surya Lithium, menyisakan ruang ekspansi 0,5-1,0 mm untuk mengurangi dampak tekanan yang disebabkan oleh ekspansi elektroda negatif; Dalam hal optimalisasi sistem kimia, menambahkan 1-2% aditif pembentuk film FEC dalam proses injeksi dapat secara efektif menekan kerusakan abnormal pada film SEI, mengontrol produksi gas dengan muatan penuh dalam 0,5ml/Ah (dipantau secara real-time melalui pengujian kromatografi gas), dan mengurangi akumulasi tekanan internal dari sumbernya.

Penguatan kontrol proses memerlukan penggunaan teknologi cerdas, memperkenalkan sistem penentuan posisi visual dalam proses perakitan untuk mengontrol akurasi posisi dalam ± 0,05 mm. Pada saat yang sama, meningkatkan perlengkapan las ke mode penjepitan gaya konstan memastikan gaya penjepit sebesar 20-30N dengan fluktuasi tidak melebihi 5%, sehingga mengurangi risiko deformasi yang disebabkan oleh penyimpangan perakitan. Tambahkan stasiun pengujian tekanan dalam tahap pemisahan bahan kimia, yang secara otomatis akan memberikan alarm ketika tekanan yang terdeteksi melebihi 5kPa. Pada saat yang sama, dikombinasikan dengan deteksi sinar X pada laju deformasi cangkang, ambang batas akan dikontrol dalam 0,3% untuk mencapai identifikasi awal dan pengendalian masalah deformasi pada Baterai untuk Sistem Penyimpanan Energi Lithium-Ion.

Perlu dicatat bahwa pencegahan deformasi dan pengendalian cangkang ion Lithium untuk BESS adalah proses rekayasa yang sistematis. Parameter teknis yang terlibat dalam artikel tersebut perlu dikombinasikan dengan peralatan produksi tertentu, model produk, dan skenario aplikasi, serta dioptimalkan dan diverifikasi melalui eksperimen DOE sebelum penerapan. Untuk produk dengan skenario aplikasi khusus, sepertiBaterai Litium-ion, parameter pencegahan dan pengendalian perlu disesuaikan lebih lanjut berdasarkan karakteristik suhu dan tekanan lingkungan aplikasi untuk memastikan stabilitas struktural produk di seluruh siklus hidupnya. Selain itu, pencegahan deformasi dan pengendalian Sel Baterai Lithium Ion Isi Ulang juga perlu memperhitungkan perubahan termodinamika selama siklus pengisian dan pengosongan, dan mencapai kontrol kualitas di seluruh proses.