電池結(jié)構(gòu)件包括電芯頂蓋和殼體,是保障鋰電池安全的核心部件,起到支撐、防護、 傳輸能量作用。鋰電池精密結(jié)構(gòu)件指具有高尺寸精度、高表面質(zhì)量、高性能要求等特性的殼體和頂蓋,起到傳輸能量、承載電解液、保護安全性、固定支承電池、外觀裝飾等作用的部件,并根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同,具備可連接性、抗震性、散熱性、防腐蝕性、防干擾性、 抗靜電性等特定功能。
電池結(jié)構(gòu)件包括頂蓋、殼體兩個部分,頂蓋和殼體價值量之比約為 2:1
鋰電池頂蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密、承擔(dān)能量傳輸和防爆泄壓作用,價值量約是殼體兩倍。鋰電池蓋板由 10 多種元器件組合而成,主要由蓋板、正負(fù)極極柱、注液孔、翻轉(zhuǎn)片、防爆片(閥)等結(jié)構(gòu)組成,結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜,價值量約是殼體2 倍。
頂蓋是穿刺、熱失控、著火等情形下的重要保護器件,它可以減少過流電流,減少翻轉(zhuǎn)片被熔斷的幾率,從而防止動力電池起火或者爆炸,有效降低危險性。目前,鋰電池防爆方法通常有斷路防護和泄壓防護兩種。 斷路防護是指在電池內(nèi)密封片與極芯之間設(shè)置特殊的斷路焊點,當(dāng)電池內(nèi)因產(chǎn)氣而使內(nèi)氣壓增大到一定值時,密封片受壓變形,與極芯之間的焊點被拉斷,徹底切斷電路。泄壓防護指在電池密封體上設(shè)置防爆片,當(dāng)內(nèi)氣壓升高到防爆閥的開啟壓力時,防爆片即從刻痕處破裂并泄壓,從而避免出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象。
電池殼體主要起到對內(nèi)部電化學(xué)系統(tǒng)固定和全密封作用,結(jié)構(gòu)相對簡單。殼體起到對內(nèi)部電化學(xué)系統(tǒng)固定和全密封作用,對結(jié)構(gòu)強度、散熱等性能要求較高。因為電池在充放電過程中會產(chǎn)生一定量的氣體、電芯也會膨脹,形成對殼體內(nèi)部的壓力,電池殼的結(jié)構(gòu)強度必須足以抵抗電芯膨脹力而不能發(fā)生破裂;電池殼的熱量需要通過電池殼體向外散熱,若殼體的散熱性差,電池散熱不及時,長期處于高溫狀態(tài)下的電池容易出現(xiàn)損壞。此外電池殼體拉伸過程需要嚴(yán)格控制無金屬絲屑導(dǎo)致潛在短路,對一致性、穩(wěn)定性要求高。由于鋁殼密度為鋼的 1/3,導(dǎo)熱性能是鋼的5倍,可塑性強鑄造性能良好等特點,殼體材質(zhì)由鋼殼向鋁殼轉(zhuǎn)變。
沖壓拉伸為主流生產(chǎn)方案
電池結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)端具精密制造屬性,頂蓋生產(chǎn)流程較為復(fù)雜。頂蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要生產(chǎn)工藝包括精密沖壓、激光焊接、注塑等,首先使用沖床將原材料沖壓成各種金屬件,經(jīng)清洗后再使用激光焊接技術(shù)將安全閥、加工極柱等部件焊接并組裝在一起,注塑成型后對其進行性能、氣密性檢測,檢測合格后入庫。除了基本技術(shù),結(jié)構(gòu)件也發(fā)展了眾多延伸技術(shù),如安全防爆設(shè)計等,主要用于頂蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。
硬殼結(jié)構(gòu)件中,蓋板承擔(dān)功能豐富,而防爆片和翻轉(zhuǎn)片為主要安全部件,敏感度指標(biāo)要求嚴(yán)格。蓋板具有電流導(dǎo)通、泄壓、熔斷保護、降低電腐蝕等功能,材質(zhì)由不銹鋼向銅鋁復(fù)合材質(zhì)轉(zhuǎn)變。其中,防爆片設(shè)計起到主要的電池安全保護作用,內(nèi)部壓強超過防爆片的開啟壓力時,防爆片即從刻痕處破裂并泄壓。防爆片開啟壓力在0.4~0.8MPa;因此,防爆閥的開啟壓力穩(wěn)定性屬于關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。
防爆片的生產(chǎn)主要采用精密連續(xù)沖壓工藝,原材料分切后對其使用沖床進行成型,得到半成品,再對其清洗、烘干,經(jīng)檢測合格后入庫。
電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新百花齊放,帶動電池結(jié)構(gòu)件設(shè)計持續(xù)迭代。電池技術(shù)創(chuàng)新是驅(qū)動行業(yè)發(fā)展的主要推力,在電芯材料體系創(chuàng)新之外,4680、麒麟電池等電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新使得電池系統(tǒng)的能量密度、空間利用率、安全性等性能進一步提升。電池的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新最直接地帶來電池結(jié)構(gòu)件上的迭代升級,設(shè)計的復(fù)雜度提升注定了制造門檻的提高,所以,選擇一家有實力的生產(chǎn)企業(yè)就顯得尤為重要。
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