Mecanismo de deformação e estratégia sistemática de prevenção do invólucro prismático de alumínio

As caixas de alumínio para baterias automotivas são amplamente utilizadas em áreas como veículos de novas energias devido às suas regras estruturais e alta densidade de energia. No entanto, devido às suas características estruturais anisotrópicas, forças desiguais nas direções de comprimento e largura durante o processo de produção podem facilmente levar a problemas de deformação, como irregularidades, o que por sua vez afeta a segurança e a vida útil da bateria. A ocorrência de problemas de deformação está intimamente relacionada a múltiplos aspectos, como propriedades dos materiais, processos de fabricação e controle ambiental interno das unidades de bateria de energia.

Do ponto de vista do material e das dimensões estruturais, a seleção e o projeto de resistência da caixa de alumínio para novos materiais portadores de energia são fatores fundamentais. Se forem usados ​​materiais com resistência à tração insuficiente (como liga de alumínio 3003) ou caixas de alumínio para baterias de lítio com espessura inferior a 0,6 mm, eles estarão propensos a produzir deformação sob pressão interna e estresse térmico. Ao mesmo tempo, as características estruturais da área de soldagem não podem ser ignoradas: a zona afetada pelo calor formada durante o processo de soldagem reduzirá a resistência local em 20% a 30% devido à reorganização da rede, tornando-se uma área de concentração de tensões propensa à deformação durante tensões subsequentes.

A racionalidade do processo de soldadura tem um impacto decisivo na estabilidade estrutural do invólucro prismático de alumínio. Soldagem a laser, como um processo convencional, se a entrada de calor não for adequadamente controlada (como potência superior a 300 W ou velocidade de soldagem abaixo de 30 mm/s), pode fazer com que as temperaturas locais excedam em muito o ponto de fusão do alumínio (660 graus), a poça fundida seja muito profunda e a tensão de contração de resfriamento aumente acentuadamente; O projeto inadequado do cordão de solda, como a ausência de entalhes de alívio de tensão na soldagem de anel contínuo e a largura do cordão de solda inferior a 0,8 mm, pode reduzir a capacidade de carga-da solda e agravar ainda mais o risco de deformação.

A pressão interna anormal da bateria é outra causa termodinâmica central de deformação. Quando a temperatura excede 45 graus, reações secundárias, como decomposição de eletrólitos e danos anormais ao filme SEI, acelerarão a produção de gás. Quando a pressão interna excede 10 kPa, isso causará a deformação das caixas das células prismáticas. Ao mesmo tempo, em estado totalmente carregado, a taxa de expansão negativa do eletrodo pode atingir 20% a 30%. Se a folga entre a célula da bateria e a parede interna do invólucro exceder 1,0 mm (a folga padrão da indústria é de 0,3 a 0,8 mm), a força de expansão não pode ser efetivamente restringida pelo invólucro e girará para graus de liberdade mais elevados na direção vertical, causando deformação da placa de cobertura ou da parede lateral.

Além disso, os desvios de controle do processo durante o processo de produção também podem causar ou agravar problemas de deformação: quando a folga entre a placa de cobertura e as caixas da bateria de alumínio New Energy excede 0,2 mm durante a montagem, o estresse térmico da soldagem causará diretamente a deformação, sobrepondo-se ao efeito de deslocamento da folga; Quando o grau de vácuo durante a fase de vedação é muito baixo (abaixo de -90 kPa), a pressão atmosférica externa atuará nas partes fracas do invólucro, causando deformação por compressão passiva.

Com base no mecanismo de deformação acima, um sistema de prevenção e controle pode ser construído a partir de aspectos como otimização de materiais, melhoria de processos, controle de pressão interna e fortalecimento de processos. Em termos de otimização estrutural e de material, a ideia central é melhorar a capacidade-de carga do invólucro de bateria de alumínio, o que pode ser alcançado usando liga de alumínio 5052 com maior resistência à tração, adicionando nervuras de reforço de 0,5 a 1,0 mm de altura na área da tampa superior e aumentando a espessura do invólucro para 0,8 a 1,0 mm.

Ao mesmo tempo, uma estrutura de soldagem composta combinando soldagem a laser e soldagem ultrassônica é adotada para reduzir a entrada de calor de ponto único e melhorar a estabilidade da área de soldagem. A melhoria do processo de soldagem do invólucro de alumínio recarregável precisa se concentrar no controle fino, adotando uma estratégia de soldagem de potência gradiente (como combinação de parâmetros de seção inicial 200 W/30 mm/s, seção intermediária 250 W/25 mm/s e seção final 180 W) e controlando a profundidade da zona afetada pelo calor dentro de 0,5 mm; Ao mesmo tempo, o cordão de solda contínuo será alterado para o modo de soldagem segmentado (5 a 8 mm por seção), com uma zona reservada de liberação de tensão de 2 mm, e a largura do cordão de solda será aumentada para 1,2 mm para melhorar a capacidade de suporte da solda.

O controle da pressão interna precisa partir de dois aspectos: compensação da expansão e supressão da produção de gás. No projeto da estrutura do invólucro de alumínio da bateria de íons de lítio, uma camada tampão elástica com uma taxa de compressão superior a 50% pode ser instalada no interior da placa de cobertura, deixando 0,5 a 1,0 mm de espaço de expansão para reduzir o impacto de pressão causado pela expansão negativa do eletrodo; Em termos de otimização do sistema químico, a adição de 1% a 2% de aditivos formadores de filme FEC-durante o processo de injeção pode suprimir efetivamente danos anormais ao filme SEI, controlar a produção de gás em plena carga dentro de 0,5 ml/Ah e reduzir o acúmulo de pressão interna da fonte.

O fortalecimento do controle do processo requer a introdução de tecnologia inteligente, utilizando um sistema de posicionamento visual no processo de montagem para controlar a precisão do posicionamento em ± 0,05 mm; Ao mesmo tempo, atualize o dispositivo de soldagem para o modo de fixação de força constante para garantir que a flutuação da força de fixação de 20 a 30 N não exceda 5%, reduzindo o risco de deformação causada por desvio de montagem. Adicione uma estação de teste de pressão durante o estágio de formação, que soará automaticamente um alarme quando a pressão exceder 5 kPa. Combinado com a detecção de raios X da taxa de deformação do invólucro da bateria do carro EV, o limite será controlado dentro de 0,3% para obter identificação precoce e controle de problemas de deformação.

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