Analisi approfondita-della conoscenza del settore degli involucri in alluminio per batterie al litio quadrate

L'involucro quadrato in alluminio della batteria al litio si riferisce al componente del guscio metallico realizzato con materiali in lega di alluminio di alta-qualità mediante stampaggio di precisione, allungamento o imbutitura profonda e altri processi di formatura e viene utilizzato per confezionare batterie quadrate agli ioni di litio-. Essendo uno dei tre componenti strutturali principali delle batterie al litio (elettrodo positivo, elettrodo negativo, involucro e separatore), l'involucro in alluminio assume molteplici funzioni come supporto meccanico, tenuta ambientale, conduzione del calore e protezione di sicurezza nella cella della batteria. Rispetto alla custodia in laminato di alluminio per batterie agli ioni di litio-utilizzata nelle batterie al litio soft-pack, l'involucro quadrato in alluminio ha una maggiore resistenza meccanica, una migliore stabilità dimensionale e migliori capacità di gestione termica; rispetto all'involucro cilindrico in acciaio, l'involucro in alluminio presenta evidenti vantaggi in termini di leggerezza e utilizzo dello spazio.

 

L'involucro in alluminio di una batteria al litio quadrata è solitamente composto dal corpo principale dell'involucro e dal gruppo del coperchio (inclusi poli positivo e negativo, valvole antideflagranti-, fori di iniezione, ecc.). Il coperchio e l'involucro sono sigillati mediante saldatura laser. Poiché i requisiti di densità energetica e sicurezza dei veicoli elettrici, dei sistemi di accumulo dell'energia e dei dispositivi elettronici portatili continuano ad aumentare, la soluzione quadrata del guscio in alluminio ampiamente adottata dalle principali case automobilistiche come Prismatic Cell per il marchio BYD è diventata una delle principali forme di imballaggio nel campo delle batterie di potenza. La scelta dei materiali del guscio in alluminio, la precisione dello stampaggio e la qualità delle saldature determinano direttamente la durata del ciclo, le prestazioni di sicurezza e la resa produttiva della batteria. Pertanto, questo componente è classificato come un anello di soglia ad alto-valore-aggiunto e ad alta-tecnologia nella catena industriale delle batterie di alimentazione.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il materiale in lega di alluminio selezionato per l'involucro in alluminio della batteria al litio quadrata, la selezione del grado e il controllo della microstruttura determinano direttamente le prestazioni di stampaggio, la qualità della saldatura e la resistenza alla corrosione dell'involucro. Attualmente, i materiali più comunemente utilizzati nel settore sono la lega di alluminio 3003 (lega di alluminio-manganese) e la lega di alluminio 6061 (lega di alluminio-magnesio-silicio). Tra questi, la lega 3003 è diventata la scelta principale per i gusci quadrati in alluminio grazie alle sue eccellenti prestazioni di imbutitura profonda, buona resistenza alla corrosione e resistenza moderata. Il principale elemento legante della lega di alluminio 3003 è il manganese (circa 1,0-1,5%), che migliora la resistenza alla trazione e le proprietà di incrudimento del materiale senza ridurre significativamente la conduttività elettrica e termica. Lo spessore del materiale è solitamente compreso tra 0,3 mm e 1,2 mm e il valore specifico dipende dalla capacità e dalle dimensioni del nucleo della batteria. - Le batterie di grande capacità (come quelle da 100 Ah e superiori) tendono a utilizzare involucri più spessi (0.8- 1.2 mm) per garantire la resistenza strutturale; le batterie consumer utilizzano involucri più sottili (0.3- 0.6 mm) per perseguire una maggiore densità energetica. In termini di controllo della struttura, i materiali del guscio in alluminio richiedono solitamente una granulometria più fine del livello 5 per evitare difetti a buccia d'arancia o fessurazioni durante il processo di imbutitura profonda.

 

In termini di condizioni superficiali, la parete interna del guscio di alluminio solitamente deve essere passivata chimicamente o anodizzata per migliorare la compatibilità chimica con l'elettrolita e impedire che l'alluminio reagisca con l'esafluorofosfato di litio (LiPF₆) per generare acido fluoridrico che corrode il guscio. Per lo stesso tipo di materiali utilizzati nella custodia in alluminio per celle per batterie EV, è necessario prestare ulteriore attenzione alla cooperazione dell'isolamento con le linguette positiva e negativa. Di solito, uno strato isolante viene rivestito sulla parete interna della custodia, oppure viene inserita una pellicola isolante durante l'assemblaggio. Vale la pena notare che sebbene il sistema del materiale di base del guscio in alluminio per le custodie delle batterie prismatiche e cilindriche sia simile, i requisiti per l'indice di anisotropia (valore r) e l'indice di incrudimento (valore n) del materiale sono diversi a causa delle differenze nel processo di stampaggio (imbutitura profonda per imbutitura quadrata e imbutitura a diametro variabile multiplo per il cilindro).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La produzione di involucri in alluminio per batterie al litio quadrate prevede molteplici processi di formatura di precisione, tra cui il processo di imbutitura profonda è l'anello tecnicamente più difficile e fondamentale che ha il maggiore impatto sulla qualità del prodotto. Il flusso del processo inizia con lo svolgimento e la tranciatura delle bobine in lega di alluminio: il nastro di alluminio viene inserito in un punzone ad alta-velocità e un pezzo grezzo rettangolare arrotondato o approssimativamente quadrato (chiamato pezzo grezzo) viene fustellato attraverso una matrice di tranciatura. La forma e le dimensioni del pezzo grezzo vengono calcolate accuratamente per ottenere una distribuzione ragionevole del materiale nella successiva trafilatura a più passaggi-. Il successivo processo principale è l'imbutitura profonda multi-passaggio: il pezzo di materiale viene fatto passare attraverso diverse serie di punzoni e matrici concave in sequenza, deformando gradualmente il pezzo piatto di materiale in un guscio quadrato con una profondità predeterminata e angoli inferiori arrotondati. Il numero di passaggi di imbutitura dipende dal rapporto tra la profondità del guscio e la dimensione dell'apertura (ovvero il rapporto di imbutitura). Un tipico guscio quadrato in alluminio per una batteria di alimentazione richiede 4-7 processi di imbutitura.

 

Dopo ogni passaggio di trafilatura può essere intervallato un trattamento intermedio di ricottura per eliminare l'incrudimento e ripristinare la plasticità del materiale. Durante il processo di trafilatura, è necessario controllare attentamente lo spazio tra il punzone e la matrice (solitamente 1,05-1,15 volte lo spessore del materiale), il tipo e la quantità di rivestimento di lubrificante e la velocità di trafilatura per evitare grinze, crepe o spessori irregolari sulle pareti laterali del guscio. I prodotti semi-lavorati dopo l'imbutitura profonda vengono rifilati (rifilati) per eliminare i bordi irregolari e quindi puliti per rimuovere l'olio di trafilatura e i trucioli di alluminio. Il tasso di riduzione dello spessore della parete è un indicatore chiave per misurare il livello del processo di imbutitura profonda: un'eccellente progettazione del processo può controllare il tasso massimo di riduzione dello spessore della parete entro il 15% e l'angolo inferiore del guscio è l'area con lo spessore della parete più sottile e l'assottigliamento locale non deve essere inferiore al 75% dello spessore della parete di progetto.

 

Per le custodie in alluminio con celle a sacchetto per batterie per veicoli elettrici o guscio in alluminio per batterie agli ioni di litio a cella singola, la correzione della parete laterale (finitura delle dimensioni) e il livellamento della superficie inferiore verranno eseguiti anche dopo l'imbutitura profonda per garantire che la rettilineità, la verticalità e la planarità della superficie inferiore del guscio soddisfino i requisiti di posizionamento della catena di montaggio automatizzata. La saldatura laser tra il gruppo del coperchio (incluso palo, valvola-antideflagrante, foro di iniezione del liquido) e il guscio è un altro processo chiave. Il laser a fibra continua o il laser a impulsi viene solitamente utilizzato per la saldatura di sigillatura periferica. La velocità di saldatura, la potenza del laser e la defocalizzazione devono essere abbinate accuratamente per ottenere una saldatura senza pori, senza spruzzi e con una profondità di penetrazione sufficiente. Il guscio saldato deve essere sottoposto a test di tenuta all'aria (rilevamento delle perdite tramite spettrometria di massa con elio o metodo di caduta di pressione) e all'ispezione dell'aspetto della saldatura.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Con il rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici, stoccaggio distribuito di energia e nuove apparecchiature portatili per l'energia, gli scenari applicativi delle batterie al litio continuano ad espandersi e i requisiti del mercato per l'adattabilità, la sicurezza e le capacità di personalizzazione degli involucri delle batterie continuano ad aumentare, il che ha dato origine a vari prodotti di involucri in alluminio personalizzati segmentati. In risposta alle esigenze speciali del settore delle batterie per veicoli, la custodia per batteria in alluminio con custodia per batteria per veicoli elettrici e la custodia in alluminio a cella quadrata sono state appositamente ottimizzate per le condizioni operative del veicolo e hanno una maggiore resistenza alle vibrazioni, alle alte temperature e alla deformazione e sono adatte per condizioni di guida di veicoli complesse. Allo stesso tempo, il settore è altamente adattato alle esigenze di personalizzazione del marchio. Gli speciali involucri in alluminio per celle di batteria quadrate come Prismatic Cell per il marchio BYD sono personalizzati e sviluppati secondo le dimensioni esclusive, il processo di confezionamento e gli standard prestazionali delle celle della batteria del marchio per ottenere un adattamento preciso dell'involucro e delle celle della batteria. Inoltre, la popolarità delle piccole apparecchiature con batterie al litio a cella singola ha reso ampiamente utilizzato anche il guscio in alluminio per batterie agli ioni di litio a cella singola, coprendo completamente vari scenari di applicazione di batterie al litio di grandi, medie e piccole dimensioni.

Osservando le tendenze di sviluppo del settore, l'involucro in alluminio delle batterie al litio quadrate viene continuamente aggiornato in direzione di leggerezza, alta resistenza, alta sicurezza, alta precisione e protezione ambientale ecologica. A livello dei materiali, l’industria continua a ottimizzare il rapporto delle leghe di alluminio. Attraverso la nuova tecnologia di modifica della lega, pur mantenendo il vantaggio della leggerezza, la resistenza alla trazione, la resistenza agli urti e la resistenza alle alte temperature del materiale vengono ulteriormente migliorate per soddisfare le esigenze di sviluppo di batterie al litio ad alta-potenza, ad alta-velocità di carica e scarica. A livello di processo, tecnologie come lo stampaggio di precisione automatizzato, il trattamento di rafforzamento superficiale e il controllo di precisione a livello di micron- sono diventate gradualmente popolari, consentendo alla tenuta, alla planarità e alla resistenza alla corrosione dell'involucro di continuare a migliorare, soddisfacendo i rigorosi standard di stoccaggio di energia di fascia alta-e di batterie di alimentazione montate sui veicoli-. In termini di forma del prodotto, oltre ai tradizionali gusci in alluminio duro, le strutture di supporto degli imballaggi flessibili continuano a innovarsi. La custodia in laminato di alluminio per batterie agli ioni di litio-batteria al litio in alluminio-struttura di imballaggio composita in film plastico arricchisce ulteriormente la forma del prodotto dei gusci delle batterie al litio e si adatta alle esigenze di ricerca e sviluppo di apparecchiature per batterie al litio sottili, leggere e flessibili. In futuro, man mano che le industrie dello stoccaggio intelligente dell’energia e dei veicoli a nuova energia continuano ad aggiornarsi, l’iterazione tecnologica e l’adattabilità alla scena degli involucri in alluminio delle batterie al litio continueranno a migliorare.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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