کاربرد خاص نوار نیکل در باتری های خودروهای انرژی جدید چیست؟

الزامات فنی برای نوار نیکل چیست؟

نوارهای نیکل عملکردهای اصلی مانند اتصال الکتریکی، پشتیبانی ساختاری و حفاظت از ایمنی در باتری های خودروهای انرژی جدید (به ویژه باتری های قدرت) را انجام می دهند.عملکرد آنها به طور مستقیم بر قابلیت اطمیناندر زیر یک تحلیل دقیق از دو جنبه: سناریوهای کاربردی خاص و الزامات فنی ارائه شده است:

استفاده خاص از نوارهای نیکل در باتری های خودروهای انرژی جدید

1اتصال الکتریکی بین سلول های باتری: جوش برقی و بار بس

سناریوی کاربرد:
برگه های الکترود مثبت و منفی (برگه های آلومینیومی مثبت، برگه های مس منفی) یک سلول باتری را با بار بس در ماژول متصل کنید تا مسیر جریان را تشکیل دهید.

مورد معمولی: در ماژول باتری ۴۶۸۰ تسلا، نوارهای نیکل، برگه های سلول باتری را از طریق جوشکاری لیزری به میله های فولاد ضد زنگ متصل می کنند و از جریان تخلیه مداوم تا ۱۵۰A پشتیبانی می کنند..

نقش اصلی:
کاهش مقاومت تماس (هدف < 2mΩ) ، کاهش از دست دادن انرژی و بهبود بهره وری باتری.

چگالی جریان را پراکنده کنید تا از گرم شدن بیش از حد محلی تب ها جلوگیری شود (مانند کنترل دمای ≤80 °C در طول شارژ سریع).

2- تثبیت ساختار ماژول و فشرده سازی فشار
سناریوهای کاربرد:
به عنوان یک قطعه اتصال بین سلول ها، موقعیت سلول با جوش نقطه ای یا جوش لیزر ثابت می شود.که به طور معمول در باتری های مربع آلومینیومی استفاده می شود (مانند ماژول های CATL CTP) و باتری های بسته نرم (مانند باتری های کیسه ای LG New Energy).
عملکرد اصلی:
جذب گسترش حجم سلول در طول شارژ و تخلیه (حدود 10٪ ~ 15٪) برای جلوگیری از شکستن تب یا سوراخ شدن دیافراگم.
پشتیبانی مکانیکی برای اطمینان از ثبات ساختاری ماژول تحت ارتعاش (مانند رانندگی ناجور خودرو، فرکانس ارتعاش 5 ~ 2000Hz) فراهم کنید.

3اجزای حفاظت از ایمنی: کمربند فیوز و حفاظت از جریان بیش از حد
سناریوهای کاربرد:
طراحی شده به عنوان یک کمربند نیکل قابل فیوز (مانند یک ساختار محلی باریک یا حفره ای) ، به صورت سری در مدار باتری متصل می شود.
عملکرد اصلی:
هنگامی که جریان از آستانه (مانند جریان مدار کوتاه > 500A) فراتر می رود، کمربند نیکل قبل از سلول مخلوط می شود، مدار را قطع می کند و از فرار حرارتی جلوگیری می کند.
زمان پاسخ باید در عرض 10ms کنترل شود و مقاومت عایق پس از ذوب شدن باید ≥100MΩ باشد تا ایمنی تضمین شود.

4ادغام سیستم مدیریت حرارتی
سناریوهای کاربرد:
به عنوان یک رسانه انتقال گرما، گرما سلول باتری را به صفحه یا پوسته خنک کننده آب ماژول منتقل می کند و در کنار روغن سیلیکون رسانای حرارتی استفاده می شود.
عملکرد اصلی:
رسانایی حرارتی باید ≥90W/(m・K باشد و هدف کنترل تفاوت دمای بین سلول های باتری تا ≤2°C برای جلوگیری از تخریب ظرفیت ناشی از گرم شدن بیش از حد محلی است.
برخی از نوارهای نیکل به عنوان ساختارهای میکروکانال طراحی شده و در لوله های خنک کننده مایع برای بهبود بهره وری تبعید گرما (مانند محلول خنک کننده غیرمستقیم باتری های تیغه BYD) جاسازی شده اند.

5. الزامات فرآیند و قابلیت اطمینان
دقت ابعاد: تحمل ضخامت ± 5٪ (مانند تحمل نوار نیکل 0.1mm ± 0.005mm) ، تحمل عرض ± 0.1mm، برای اطمینان از سازگاری تجهیزات جوش خودکار.
کیفیت سطح:
ضخامت Ra≤1.6μm، از سوراخ کردن دیافراگم جلوگیری کنید.
هیچ رنگ اکسیداسیون، لکه های روغن، سطح جوش نیاز به الکتروپلاستی با آلیاژ نیکل فسفر (ضخامت پوشش 2 ~ 5μm) برای بهبود قابلیت اطمینان جوش است.
ردیابی: شماره دسته، ترکیب شیمیایی (Ni≥99.5٪، ناخالصی Fe≤0.1٪، Cu≤0.05٪)داده های خاصیت های مکانیکی نوار نیکل باید برای برآورده کردن الزامات سیستم مدیریت کیفیت IATF 16949 ثبت شوند..

II. چالش ها و راه حل های فنی معمول
1نیاز به ظروف بسیار نازک در شرایط چگالی انرژی بالا
چالش: برای افزایش تراکم انرژی باتری (هدف ≥300Wh/kg) ، ضخامت نوار نیکل باید از 0.15mm به کمتر از 0.08mm کاهش یابد.اما باعث کاهش قدرت می شه.
راه حل:
استفاده از فرایندهای نوردی سرد + گرم کردن برای بهبود قدرت و انعطاف پذیری از طریق تصفیه دانه (متوسط اندازه دانه ≤10μm).
توسعه نوار کامپوزیت نیکل-گرافین. 5٪ محتوای گرافین می تواند قدرت کشش را 30٪ افزایش دهد، در حالی که هدایت بیش از 95٪ را حفظ می کند.
2بهینه سازی تبعید گرما در سناریوهای شارژ سریع
چالش: در طول شارژ فوق العاده سریع 480 کیلو وات، دمای نقطه اتصال نوار نیکل ممکن است از 150 ° C فراتر رود و منجر به اکسیداسیون نیکل یا شکست مفصل جوش شود.
راه حل:
نقره کشی (ضخامت 1 ~ 2μm) بر روی سطح نوار نیکل باعث افزایش رسانایی حرارتی به 420W / (((m・K) می شود و کارایی تبعید گرما 50٪ افزایش می یابد.
طراحی یک ساختار نوار نیکل با انگشت برای افزایش منطقه تبعید گرما و همکاری با خنک سازی مایع میکروکانال برای کاهش دمای نقطه گرم بیش از 20 °C.
3تکنولوژی ضد خوردگی تحت الزامات طول عمر
چالش: در باتری هایی که عمر چرخه ≥3000 برابر است، خوردگی بین دانه ای ممکن است زمانی رخ دهد که نوار نیکل در تماس طولانی مدت با الکترولیت باشد.
راه حل:
استفاده از تکنولوژی نیکل پرداختی خلاء برای تشکیل یک پوشش نیکل خالص غیر متخلخل (ضخامت ≥3μm) برای جلوگیری از نفوذ الکترولیت.
توسعه یک فرآیند تقویت فیلم غیرفعال سازی، افزایش ضخامت فیلم NiO از 5nm به 20nm از طریق اکسیداسیون الکترولیتی، و کاهش نرخ خوردگی به 0.01μm / سال.

۳. روند تکنولوژی آینده
نوآوری مواد:
نوار نیکل نانوکریستال (سطح دانه < 100nm): قدرت به 800MPa افزایش یافته است، در حالی که طول کششی 25٪ را حفظ می کند، با توجه به مشخصات نازک تر (کمتر از 0.05 میلی متر).
نوار کامپوزیتی نانولوله نیکل-کربن: رسانایی به 6.5 × 107 S / m افزایش یافته است، که نیازهای مقاومت پایین پلتفرم ولتاژ بالا 800V را برآورده می کند.
ارتقاء فرآیند:
جوش فوق صوتی هوشمند: نظارت در زمان واقعی بر قدرت جوش و دامنه از طریق الگوریتم های هوش مصنوعی، افزایش بهره مشترک جوش از 95٪ به 99.5٪.
تولید افزودنی نوار نیکل: چاپ سه بعدی نوار های نیکل با ساختار پیچیده (مانند کانال های انحلال حرارتی مارپیچی) برای انطباق با طرح های ماژول باتری با شکل خاص.
توسعه پایدار:
توسعه نوار نیکل بدون برق: تولید لایه نیکل به طور مستقیم بر روی سطح بستر مس از طریق رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای کاهش آلودگی آب فاضلاب.
بهبود سیستم بازیافت نوار نیکل: استفاده از تکنولوژی گرمایش الکترومغناطیسی برای دستیابی به جدایی بدون از دست دادن نوار نیکل و سلول باتری و نرخ بازیابی مواد هدف ≥98٪ است.
خلاصه
نوار نیکل یک قطعه اصلی "نامرئی اما حیاتی" در باتری های وسایل نقلیه انرژی جدید است و عملکرد آن باید نیازهای سختگیرانه ابعاد متعدد مانند الکتریکی،مکانیکیبا توسعه پلتفرم ولتاژ بالا 800 و تکنولوژی شارژ فوق سریع و باتری های جامد، نوار نیکل در جهت ultra-thin،با قدرت بالا، و ادغام عملکردی، و همچنان از پیشرفت در فناوری باتری قدرت حمایت می کنند. Collaborative innovation between car companies and material manufacturers (such as the joint research and development of nickel strip by CATL and Baosteel Metal) will become a key driving force for the advancement of the industry.