מנגנון דפורמציה ואסטרטגיית מניעה שיטתית של מעטפת מנסרה מאלומיניום

מארזי אלומיניום לסוללות רכב נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כגון רכבי אנרגיה חדשים בשל הכללים המבניים שלהם וצפיפות האנרגיה הגבוהה שלהם. עם זאת, בשל המאפיינים המבניים האנזיטרופיים שלו, כוחות לא אחידים בכיווני האורך והרוחב במהלך תהליך הייצור יכולים להוביל בקלות לבעיות דפורמציה כמו אי אחידות, אשר בתורה משפיעה על הבטיחות וחיי השירות של המצבר. התרחשותן של בעיות דפורמציה קשורה קשר הדוק להיבטים מרובים כגון תכונות החומר, תהליכי ייצור ובקרה סביבתית פנימית של יחידות סוללות חשמל.

מנקודת המבט של חומר וממדים מבניים, הבחירה ועיצוב החוזק של מארז אלומיניום עבור חומרים נושאי אנרגיה חדשים הם גורמים בסיסיים. אם נעשה שימוש בחומרים בעלי חוזק מתיחה לא מספיק (כגון סגסוגת אלומיניום 3003) או מארזי אלומיניום לסוללת ליתיום בעובי של פחות מ-0.6 מ"מ, הם נוטים להניב דפורמציה בלחץ פנימי ובלחץ תרמי. יחד עם זאת, לא ניתן להתעלם מהמאפיינים המבניים של אזור הריתוך: האזור המושפע מהחום שנוצר במהלך תהליך הריתוך יפחית את החוזק המקומי ב-20% עד 30% עקב ארגון מחדש של הסריג, ויהפוך לאזור ריכוז מתח הנוטה לעיוות במהלך הלחץ הבא.

לרציונליות של תהליך הריתוך יש השפעה מכרעת על היציבות המבנית של מעטפת המנסרה האלומיניום. ריתוך בלייזר, כתהליך מיינסטרים, אם כניסת החום אינה נשלטת כראוי (כגון הספק העולה על 300 ואט או מהירות ריתוך מתחת ל-30 מ"מ/שניה), זה יכול לגרום לטמפרטורות מקומיות לעלות בהרבה על נקודת ההיתוך של האלומיניום (660 מעלות), לבריכה המותכת להיות עמוקה מדי ולמתח ההתכווצות בקירור לעלות בחדות; תכנון שגוי של חרוז ריתוך, כגון היעדר חריצים לשחרור מתח בריתוך טבעת רציף ורוחב חרוז ריתוך פחות מ-0.8 מ"מ, עלול להפחית את כושר נשיאת העומס- של הריתוך ולהחמיר עוד יותר את הסיכון לעיוותים.

הלחץ הפנימי החריג של הסוללה הוא סיבה תרמודינמית מרכזית נוספת לעיוות. כאשר הטמפרטורה עולה על 45 מעלות, תגובות לוואי כגון פירוק אלקטרוליטים ונזק חריג לסרט SEI יאיץ את ייצור הגז. כאשר הלחץ הפנימי עולה על 10 kPa, זה ידחוף את העיוות של מקרי תאים פריסמטיים. במקביל, במצב טעון מלא, קצב התפשטות האלקטרודה השלילי יכול להגיע ל-20% עד 30%. אם הפער בין תא הסוללה לדופן הפנימית של המעטפת עולה על 1.0 מ"מ (הפער הסטנדרטי בתעשייה הוא 0.3 עד 0.8 מ"מ), לא ניתן להגביל את כוח ההתפשטות ביעילות על ידי המעטפת, והוא יפנה לדרגות חופש גבוהות יותר בכיוון האנכי, מה שיגרום לעיוות של לוח הכיסוי או הקיר הצדדי.

בנוסף, סטיות בקרת תהליכים במהלך תהליך הייצור עלולות גם לגרום או להחמיר בעיות דפורמציה: כאשר הפער בין לוחית הכיסוי למקרי סוללת אלומיניום אנרגיה חדשה עולה על 0.2 מ"מ במהלך ההרכבה, מתח תרמי ריתוך יגרום ישירות לעיוות על ידי שילוב עם אפקט תזוזת הפער; כאשר דרגת הוואקום בשלב האיטום נמוכה מדי (מתחת ל-90 kPa), לחץ אטמוספרי חיצוני יפעל על החלקים החלשים של המעטפת, ויגרום לעיוות דחיסה פסיבי.

בהתבסס על מנגנון העיוות הנ"ל, ניתן לבנות מערכת מניעה ובקרה מהיבטים כמו ייעול החומר, שיפור תהליכים, בקרת לחץ פנימי וחיזוק תהליכים. במונחים של אופטימיזציה של חומרים ומבנים, הרעיון המרכזי הוא לשפר את קיבולת העומס- של מעטפת סוללת אלומיניום, שניתן להשיג על ידי שימוש בסגסוגת אלומיניום 5052 עם חוזק מתיחה גבוה יותר, הוספת צלעות חיזוק בגובה 0.5 עד 1.0 מ"מ באזור הכיסוי העליון, והגדלת המעטפת לעובי של 0 מ"מ.

במקביל, מאומץ מבנה ריתוך מרוכב המשלב ריתוך לייזר וריתוך קולי כדי להפחית את כניסת החום הנקודתית ולשפר את היציבות של אזור הריתוך. שיפור תהליך הריתוך של מעטפת אלומיניום נטענת צריך להתמקד בשליטה עדינה, אימוץ אסטרטגיית ריתוך כוח שיפוע (כגון שילוב פרמטרים של מקטע התחלה 200 W/30 מ"מ/שניה, מקטע אמצע 250 ואט/25 מ"מ/שנייה וקטע סיום 180 W), ושליטה בעומק האזור המושפע מהחום בתוך 0.5 מ"מ; במקביל, חרוז הריתוך הרציף ישתנה למצב ריתוך מפולח (5 עד 8 מ"מ לכל קטע), עם אזור שחרור מתח שמור של 2 מ"מ, ורוחב חרוז הריתוך יוגדל ל-1.2 מ"מ כדי לשפר את יכולת נשיאת הריתוך.

בקרת לחץ פנימי צריכה להתחיל משני היבטים: פיצוי התרחבות ודיכוי ייצור גז. בתכנון של מבנה מעטפת האלומיניום של סוללת ליתיום-יון, ניתן להתקין שכבת חיץ אלסטית עם שיעור דחיסה העולה על 50% בחלק הפנימי של לוחית הכיסוי, ולהשאיר 0.5 עד 1.0 מ"מ של מרווח התפשטות כדי להפחית את השפעת הלחץ הנגרמת מהתרחבות אלקטרודה שלילית; במונחים של אופטימיזציה של המערכת הכימית, הוספת 1% עד 2% סרטי FEC-היוצרים תוספים במהלך תהליך ההזרקה יכולה למעשה לדכא נזק חריג לסרט ה-SEI, לשלוט על ייצור הגז בעומס מלא תוך 0.5 מ"ל/Ah ולהפחית את הצטברות הלחץ הפנימי מהמקור.

חיזוק בקרת התהליך מחייב הכנסת טכנולוגיה חכמה, תוך שימוש במערכת מיקום חזותית בתהליך ההרכבה כדי לשלוט על דיוק המיקום בטווח של ± 0.05 מ"מ; במקביל, שדרג את מתקן הריתוך למצב הידוק בכוח קבוע כדי להבטיח שתנודת כוח ההידוק של 20 עד 30 N לא תעלה על 5%, מה שמפחית את הסיכון לעיוות הנגרם כתוצאה מסטיית הרכבה. הוסף תחנת בדיקת לחץ בשלב הגיבוש, שתשמיע אזעקה אוטומטית כאשר הלחץ עולה על 5 kPa. בשילוב עם -זיהוי קרני רנטגן של קצב עיוות מעטפת סוללת רכב EV, הסף יהיה נשלט בתוך 0.3% כדי להשיג זיהוי מוקדם ובקרה של בעיות עיוות.

אם אתה נתקל בקשיים טכניים הקשורים למעטפת מנסרה מאלומיניוםדפורמציה או צורך בתמיכה בייעול תהליכים במהלך תהליך הייצור, אנא אל תהסס לפנות אלינו דרך הפלטפורמה, ואנו נספק לך פתרונות מקצועיים וייעוץ טכני.