مقایسه تفاوت‌های ساختاری و کاربردهای بین باتری‌های نرم-و باتری‌های کیس آلومینیومی

در وسایل نقلیه انرژی جدید و صنایع ذخیره انرژی، مواد و ساختار بدنه باتری به طور مستقیم بر عملکرد، ایمنی و طول عمر محصول تأثیر می گذارد. در حال حاضر، ساختارهای اصلی سلول باتری با-باتری‌های بسته نرم (سلول‌های بسته نرم LiFePO4) و باتری‌های کیس آلومینیومی (قاب‌های آلومینیومی باتری خودرو و جعبه‌های آلومینیومی باتری لیتیومی) نشان داده می‌شوند.

 

هر کدام بسته بندی، چگالی انرژی، استحکام مکانیکی و طراحی مونتاژ منحصر به فرد خود را دارند که باعث توسعه فناوری انواع مختلف کیس های آلومینیومی باتری، پوسته باتری های برقی و جعبه های باتری آلومینیومی سلول منشوری می شود.

 

 

 

 

تفاوت بین این دو را می توان با استفاده از یک استعاره بصری درک کرد:

 

باتری کیس آلومینیومی مانند یک قوطی کولا است که دارای یک محفظه فلزی سخت (محفظه باتری آلومینیومی) است. شکل ثابت و استحکام بالا مقاومت در برابر فشار خارجی و شوک مکانیکی را ایجاد می کند و آن را به یک قالب بسته بندی سلولی باتری ساختاری تبدیل می کند.

 

باتری‌های بسته{0} نرم بیشتر شبیه کیسه‌های ژله‌ای هستند که دارای یک لایه{1}آلومینیوم-پلاستیکی انعطاف‌پذیر و چند لایه (پوسته آلومینیومی قابل شارژ) در قسمت بیرونی هستند. در حالی که انعطاف پذیر و سبک وزن هستند، نسبت به نیروهای خارجی حساس تر هستند و به طراحی های محافظ پیچیده تری نیاز دارند.

 

این استعاره به طور کامل تفاوت های اساسی بین دو سلول باتری را از نظر ساختار مواد و استراتژی های حفاظت مکانیکی نشان می دهد.

 

 

از نظر چگالی انرژی در واحد وزن، باتری‌های بسته{0} نرم معمولاً بهتر از باتری‌های آلومینیومی-پوسته هستند. با توجه به فیلم پلاستیکی آلومینیومی بسیار نازک و سبک، باتری‌های بسته{4} نرم می‌توانند مواد فعال بیشتری را در واحد جرم بسته‌بندی کنند که در نتیجه چگالی انرژی بالاتری را به همراه دارد. آنها برای برنامه های کاربردی-حساس وزن و فضا{7}}محدود، مانند لوازم الکترونیکی مصرفی پیشرفته{{8} و برخی از وسایل نقلیه برقی پیشرفته مناسب هستند.

 

در مقابل، پوسته فلزی باتری‌های آلومینیومی- (قاب‌های آلومینیومی باتری/قاب‌های آلومینیومی برای خودروهای جدید انرژی) سنگین‌تر است، اما ساختار سفت و سخت آن به‌عنوان یک جزء تحمل‌کننده بار برای ماژول عمل می‌کند و چگالی انرژی حجمی را در طول یکپارچه‌سازی سیستم افزایش می‌دهد. این طرح به طور گسترده در جعبه‌های باتری آلومینیومی انرژی جدید و بسته‌های باتری با محفظه آلومینیومی استفاده می‌شود و پشتیبانی اضافی برای ساختار خودرو فراهم می‌کند.

 

 

ایمنی یکی از ویژگی های اصلی طراحی باتری است.

 

باتری‌های{0}}آلومینیومی (پوسته باتری خودروی EV / پوسته آلومینیومی لیتیوم{1} یون باتری) مزایای قابل توجهی در استحکام مکانیکی دارند و به طور مؤثر در برابر سوراخ شدن، خرد شدن و ضربه محافظت می‌کنند. با این حال، اگر فرار حرارتی داخلی باعث افزایش ناگهانی فشار شود، پوسته سفت و سخت می‌تواند خطر انفجار را افزایش دهد اگر سیستم کاهش فشار (مانند صفحه پوشش باتری برق) به سرعت پاسخ ندهد.

 

باتری‌های بسته-نرم رویکرد ایمنی متفاوتی را ارائه می‌دهند. بسته بندی فیلم پلاستیکی آلومینیومی آنها به طور طبیعی برآمده یا حتی ترک می خورد که گاز داخلی منبسط می شود و انرژی را از طریق "تسکین فشار خود{{3}" آزاد می کند و خطر انفجار را کاهش می دهد. در حالی که استحکام مکانیکی کمتر است، خواص کاهش فشار آنها یک ویژگی انعطاف‌پذیرتر و محافظ برای ایمنی کلی ارائه می‌دهد.

 

 

در سیستم های باتری مدولار، طراحی ساختاری به طور مستقیم طرح بندی خودرو و کارایی مونتاژ را تعیین می کند.

 

جعبه‌های باتری آلومینیومی (قاب‌های باتری آلومینیومی مربعی / منشوری سلولی آلومینیومی) شکل منظمی دارند و به راحتی روی هم قرار می‌گیرند، و برای ماژول‌های مربعی یا طرح‌بندی تیغه‌ای ایده‌آل هستند. آنها عامل اصلی شکل برای جعبه های باتری آلومینیومی در وسایل نقلیه انرژی جدید هستند. پوشش‌های آلیاژ آلومینیوم آن‌ها (مانند محفظه باتری آلومینیومی عمیق) پایداری ابعادی و اتلاف گرما عالی را ارائه می‌دهند.

 

باتری های بسته{0} نرم به دلیل انعطاف پذیری استثنایی خود متمایز هستند. آنها را می توان به گونه ای طراحی کرد که ضخامت ها، نسبت ها و حتی شکل های سفارشی متناسب با شاسی خودرو را تغییر دهد و استفاده از فضای بیشتری را برای فناوری های CTP (Cell to Pack) و CTC (Cell to Chassis) فراهم کند. با این حال، "ساختار نرم" آنها همچنین هزینه های تثبیت و پشتیبانی اضافی را متحمل می شود که نیاز به تقویت با صفحات انتهایی، براکت ها و قاب های ماژول دارد.

 

 

کیس باتری آلومینیومی (Battery Shell / Aluminium Battery Cases) دارای سابقه طولانی در توسعه است، با فرآیندهای مهر زنی، جوشکاری و تصفیه سطح بسیار بالغ. از طریق کشش عمیق، تکمیل CNC و جوشکاری خودکار، اجزای ساختاری مانند محفظه‌های آلومینیومی بسته یا پوسته‌های باتری نیرو را می‌توان به طور موثر با پایداری فرآیند بالا تولید کرد و آنها را برای تولید در مقیاس بزرگ- مناسب ساخت.

 

اگرچه باتری‌های بسته{0} نرم هزینه‌های مواد کمتری را ارائه می‌دهند، فرآیند بسته‌بندی پیچیده است و نیازهای بسیار زیادی را برای آب بندی و تمیزی ایجاد می‌کند. این امر به ویژه در مراحل-پانچ کردن فیلم پلاستیکی و گرما{3}}آب بندی آلومینیومی صدق می کند، که حتی شرایط سخت گیرانه تری را برای محیط تولید و دقت اتوماسیون ایجاد می کند. بنابراین، مزیت هزینه آنها اغلب در طول ادغام در سطح{5}}سیستم کاهش می یابد.

 

 

 

 

به طور کلی، باتری‌های پوسته‌ای -پاک نرم و-آلومینیوم رویکردهای متفاوتی را برای انعطاف‌پذیری عملکرد و قابلیت اطمینان ساختاری نشان می‌دهند.

 

باتری‌های بسته- نرم (سلول‌های بسته نرم LiFePO4): برای وزن بسیار سبک و چگالی انرژی بالا تلاش می‌کنند و برای لپ‌تاپ‌های-بالا، لوازم الکترونیکی مصرفی و برخی وسایل نقلیه جدید-با برد بالا مناسب هستند.

 

باتری‌های پوسته‌ای آلومینیومی (قاب‌های آلومینیومی باتری خودرو/قفسه‌های باتری برق): که با دوام، کنترل‌پذیری، ایمنی و سهولت در مونتاژ مشخص می‌شوند، به طور گسترده در خودروهای الکتریکی، اتوبوس‌های برقی، سیستم‌های ذخیره انرژی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شوند و در حال حاضر فرمت اصلی بسته‌بندی باتری قدرت هستند.

 

شایان ذکر است که صنعت در حال تجربه یک روند همگرایی است. ساختارهای جدید، مانند "Blade Battery"، چگالی انرژی بالای بسته های نرم را با استحکام مکانیکی پوسته های آلومینیومی ترکیب می کنند.قاب باتری آلومینیومی سلول منشورییک فرآیند لمینیت بسته نرم-. این نشان دهنده مسیر توسعه آینده جعبه باتری های آلومینیومی برای وسایل نقلیه انرژی جدید است.

 

 

 

 

چه استحکام قاب‌های آلومینیومی باتری‌ها و چه سبک وزن پوسته‌های آلومینیومی قابل شارژ، تکامل ساختارهای بسته‌بندی باتری ایمنی و کارایی بیشتری را برای وسایل نقلیه جدید انرژی و سیستم‌های ذخیره انرژی به ارمغان می‌آورد. با پیشرفت‌های مداوم در فناوری‌های یکپارچه مانند محفظه باتری آلومینیومی عمیق و بسته باتری با محفظه آلومینیومی، باتری‌های{1}}آلومینیومی همچنان نقش کلیدی در تولید هوشمند و کاربردهای انرژی پایدار خواهند داشت.