Cơ chế biến dạng và chiến lược phòng ngừa có hệ thống của vỏ nhôm lăng trụ

Vỏ nhôm ắc quy ô tô được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như phương tiện sử dụng năng lượng mới do quy tắc cấu trúc và mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên, do đặc điểm cấu trúc dị hướng, các lực không đồng đều theo hướng chiều dài và chiều rộng trong quá trình sản xuất có thể dễ dàng dẫn đến các vấn đề biến dạng như không đồng đều, từ đó ảnh hưởng đến độ an toàn và tuổi thọ của pin. Sự xuất hiện của các vấn đề biến dạng có liên quan chặt chẽ đến nhiều khía cạnh như tính chất vật liệu, quy trình sản xuất và kiểm soát môi trường bên trong của bộ pin điện.

Từ góc độ kích thước vật liệu và cấu trúc, việc lựa chọn và thiết kế độ bền của vỏ Nhôm cho vật liệu mang năng lượng mới là những yếu tố cơ bản. Nếu sử dụng vật liệu có độ bền kéo không đủ (chẳng hạn như hợp kim nhôm 3003) hoặc vỏ nhôm dùng pin Lithium có độ dày dưới 0,6 mm, chúng dễ bị biến dạng dưới áp suất bên trong và ứng suất nhiệt. Đồng thời, không thể bỏ qua đặc điểm cấu trúc của vùng hàn: vùng ảnh hưởng nhiệt hình thành trong quá trình hàn sẽ làm giảm cường độ cục bộ từ 20% đến 30% do tổ chức lại mạng tinh thể, trở thành vùng tập trung ứng suất dễ bị biến dạng trong quá trình ứng suất tiếp theo.

Tính hợp lý của quá trình hàn có tác động quyết định đến độ ổn định cấu trúc của vỏ nhôm hình lăng trụ. Hàn laser, như một quy trình chủ đạo, nếu nhiệt đầu vào không được kiểm soát đúng cách (chẳng hạn như công suất vượt quá 300 W hoặc tốc độ hàn dưới 30 mm/s), nó có thể khiến nhiệt độ cục bộ vượt xa điểm nóng chảy của nhôm (660 độ), bể nóng chảy quá sâu và ứng suất co ngót làm mát tăng mạnh; Thiết kế đường hàn không phù hợp, chẳng hạn như không có rãnh giảm ứng suất khi hàn vòng liên tục và chiều rộng đường hàn nhỏ hơn 0,8 mm, có thể làm giảm khả năng chịu tải của mối hàn và làm trầm trọng thêm nguy cơ biến dạng.

Áp suất bên trong bất thường của pin là một nguyên nhân nhiệt động cốt lõi khác gây biến dạng. Khi nhiệt độ vượt quá 45 độ, các phản ứng phụ như phân hủy chất điện phân và hư hỏng bất thường đối với màng SEI sẽ đẩy nhanh quá trình sản xuất khí. Khi áp suất bên trong vượt quá 10 kPa sẽ đẩy sự biến dạng của vỏ tế bào lăng trụ. Đồng thời, ở trạng thái sạc đầy, tốc độ giãn nở của điện cực âm có thể đạt 20% đến 30%. Nếu khe hở giữa tế bào pin và thành trong của vỏ vượt quá 1,0 mm (khoảng cách tiêu chuẩn ngành là 0,3 đến 0,8 mm), thì lực giãn nở không thể bị hạn chế một cách hiệu quả bởi vỏ và sẽ chuyển sang mức độ tự do cao hơn theo hướng thẳng đứng, gây biến dạng cho tấm bìa hoặc thành bên.

Ngoài ra, sai lệch kiểm soát quy trình trong quá trình sản xuất cũng có thể gây ra hoặc làm trầm trọng thêm các vấn đề về biến dạng: khi khe hở giữa tấm che và vỏ pin nhôm năng lượng mới vượt quá 0,2 mm trong quá trình lắp ráp, ứng suất nhiệt hàn sẽ trực tiếp gây ra biến dạng do chồng lên hiệu ứng dịch chuyển khe hở; Khi độ chân không trong giai đoạn bịt kín quá thấp (dưới -90 kPa), áp suất khí quyển bên ngoài sẽ tác động lên các bộ phận yếu của vỏ, gây ra biến dạng nén thụ động.

Dựa trên cơ chế biến dạng trên, hệ thống ngăn ngừa và kiểm soát có thể được xây dựng từ các khía cạnh như tối ưu hóa vật liệu, cải tiến quy trình, kiểm soát áp suất bên trong và tăng cường quy trình. Về mặt tối ưu hóa vật liệu và cấu trúc, ý tưởng cốt lõi là cải thiện khả năng chịu tải-của vỏ pin Nhôm. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng hợp kim nhôm 5052 với độ bền kéo cao hơn, thêm các gân gia cố cao 0,5 đến 1,0 mm ở khu vực nắp trên và tăng độ dày vỏ lên 0,8 đến 1,0 mm.

Đồng thời, cấu trúc hàn tổng hợp kết hợp hàn laser và hàn siêu âm được áp dụng để giảm nhiệt đầu vào một điểm và cải thiện độ ổn định của khu vực hàn. Việc cải tiến quá trình hàn của vỏ nhôm sạc cần tập trung vào kiểm soát tốt, áp dụng chiến lược hàn công suất gradient (chẳng hạn như kết hợp tham số của phần bắt đầu 200 W/30 mm/s, phần giữa 250 W/25 mm/s và phần kết thúc 180 W) và kiểm soát độ sâu của vùng ảnh hưởng nhiệt trong vòng 0,5 mm; Đồng thời, hạt hàn liên tục sẽ được chuyển sang chế độ hàn phân đoạn (5 đến 8 mm mỗi phần), với vùng giải phóng ứng suất dự trữ 2 mm và chiều rộng hạt hàn sẽ được tăng lên 1,2 mm để cải thiện khả năng chịu lực của mối hàn.

Kiểm soát áp suất bên trong cần bắt đầu từ hai khía cạnh: bù giãn nở và ngăn chặn sản xuất khí. Trong thiết kế cấu trúc vỏ nhôm của pin Lithium{1}}ion, một lớp đệm đàn hồi có tỷ lệ nén vượt quá 50% có thể được lắp đặt ở bên trong tấm che, chừa lại khoảng trống giãn nở từ 0,5 đến 1,0 mm để giảm tác động áp suất do sự giãn nở của điện cực âm; Về mặt tối ưu hóa hệ thống hóa học, việc bổ sung thêm 1% đến 2% chất phụ gia tạo thành màng FEC trong quá trình phun có thể ngăn chặn một cách hiệu quả hư hỏng bất thường đối với màng SEI, kiểm soát quá trình tạo khí ở mức tối đa trong vòng 0,5 ml/Ah và giảm tích tụ áp suất bên trong từ nguồn.

Việc tăng cường kiểm soát quá trình đòi hỏi phải đưa vào sử dụng công nghệ thông minh, sử dụng hệ thống định vị trực quan trong quá trình lắp ráp để kiểm soát độ chính xác định vị trong phạm vi ± 0,05 mm; Đồng thời, nâng cấp đồ gá hàn lên chế độ kẹp lực không đổi để đảm bảo dao động lực kẹp từ 20 đến 30 N không vượt quá 5%, giảm nguy cơ biến dạng do sai lệch lắp ráp. Thêm trạm kiểm tra áp suất trong giai đoạn hình thành, trạm này sẽ tự động phát ra âm thanh cảnh báo khi áp suất vượt quá 5 kPa. Kết hợp với khả năng phát hiện tia X-của tốc độ biến dạng vỏ pin ô tô EV, ngưỡng sẽ được kiểm soát trong phạm vi 0,3% để đạt được khả năng xác định và kiểm soát sớm các vấn đề biến dạng.

Nếu bạn gặp khó khăn kỹ thuật liên quan đếnVỏ nhôm lăng trụbiến dạng hoặc cần hỗ trợ tối ưu hóa quy trình trong quá trình sản xuất, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua nền tảng và chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn các giải pháp chuyên nghiệp và tư vấn kỹ thuật.