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【新能源沖壓加工廠】}一文讀懂動力電池精密結構件——電池蓋板

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瀏覽:- 發布日期:2023-04-12 11:42:35【

結構件:動力電池關鍵材料

動力電池精密結構件,廣義來講包括電芯頂蓋、鋼/鋁外殼、正負極軟連接、電池軟連接等,狹義來講主要包括電芯殼體和頂蓋,對鋰電池的安全性、密閉性、 能源使用效率等都具有直接影響。

按照電池封裝技術路線的不同,主要有方形、圓柱、軟包三種形狀,對應的結構件分別為方形結構件、圓柱結構件和鋁塑膜。

整體來看,圓柱和方形統稱為硬殼,封裝結構較為相似,均由殼體和蓋板組成。 軟包電池封裝較為特殊,由鋁塑膜構成。

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從原料端來,方形鋁殼結構件原料以鋁合金為主,其次為銅、鋼材、塑料等; 鋁塑膜的原料為鋁箔、尼龍、聚丙烯等,輔以必要的粘結劑。

工藝端:精密制造

蓋板的主要生產工藝包括沖壓、焊接、注塑等,殼體的生產工藝主要是沖壓、拉伸。鋁塑膜的主要生產工藝包括精密涂布、貼合等。

除了基本技術,結構件也發展了眾多延伸技術,如安全閥防爆設計、焊接技術等,主要用于蓋板結構的優化升級。此外,為了滿足大規模精密制造的需要,行業普遍引入了自動化設備、柔性生產線等。

結構件介紹:硬殼持續降本,正在實現國產替代

對結構件的需求來自于電池封裝。目前,主流的電池封裝技術主要有方形電池、 圓形電池以及軟包電池三類。動力電池的安全性和使用壽命都受其封裝工藝的影響,不同的封裝技術都具有不同的技術壁壘。封裝工藝設計除需滿足耐撞擊振動和擠壓穿刺的物理沖擊外,也需滿足防火阻燃等化學性能要求。

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硬殼結構件:蓋帽、防爆片是關鍵

硬殼結構件包括圓柱和方形結構件,以下以方形電池蓋板為例;通常由殼體和蓋板組成。其中,蓋板的制造工藝復雜度通常遠高于殼體。


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蓋板

蓋板的主要功能包括:

(1)固定/密封功能:頂蓋與鋁殼激光焊接,包裹固定裸電芯并實現密封作用;

2)電流導通功能(極柱):在電池中,頂蓋極柱、轉接片和電芯極耳焊接導通, 保證電芯充放電電流導通的功能;在模組中,頂蓋極柱與匯流排激光焊接、螺栓 連接,形成串/并聯;

3)泄壓功能(防爆片):當電池出現異常,內部氣壓增大至一定值,頂蓋防爆 閥將開啟進行泄壓,降低爆炸風險;熔斷保護功能(翻轉片):當電池出現異常,內部氣壓增大至一定值,頂蓋 翻轉片向上頂起,與負極鉚接塊接觸,使頂蓋正負極直接短路,同時鋁連接片 Fuse 熔斷,快速切斷電流;

4)降低電腐蝕:正極上塑膠采用導電 PPS,保證正極柱與頂蓋板間有一定阻值, 降低正極柱與鋁殼間的電位差,防止頂蓋板/鋁殼電腐蝕,進而提高產品質量和使用壽命。

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電池蓋板實物圖

蓋板中重要部件主要有:

1)防爆片:一般磷酸鐵鋰體系電池頂蓋采用單個防爆閥設計,防爆閥開啟壓力一般為 0.4~0.8MPa。當內部壓強增大并超過防爆閥的開啟壓力時,防爆閥將從 刻痕處破裂并開啟進行泄壓;

2)翻轉片:三元體系電池除了采用防爆閥外,還會疊加 SSD 翻轉片組合設計形式,防爆閥開啟壓力和SSD翻轉壓力一般分別為0.75~1.05MPa、0.45~0.5MPa。當電池內部壓強增大SSD翻轉壓力時,翻轉片向上頂起,快速切斷電流;

3)極柱:主要是起到電流導通作用。通常正極采用鋁極柱,負極采用銅鋁復合極柱。

防爆片和翻轉片一般采用鋁帶制作,表面刻有防爆刻痕。由于對爆破壓強區間精度的要求較高,目前該種鋁帶主要依賴進口,價格遠高于普通鋁帶。

動力電池尺寸標準化

國內方面,由工信部主導,中國汽車技術研究中心、寧德時代、比亞迪、國軒高科等聯合起草的國家標準《電動汽車用動力蓄電池產品規格尺寸》 GB/T34013-2017)于 2018 年2月實施后已對應到結構件方面,也就是大幅提升產品一致性和生產速度。包括蓋板上生產裝配的自動化、氣密性檢測的連續性,以及沖壓拉伸性能的穩定性等。

目前,市面上的動力電池尺寸、形狀、容量、電壓規格型號較多。對于整車企業來說,增加了匹配、采購的難度;對于電池廠商來說,阻礙了動力電池大規模標準化生產,不利于動力電池降本。在動力電池企業訂單增長的背后,鋰電企業同樣面臨著如何實現訂單高質高效完成交付、產能規模如何與安全如何保障的問題。

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