लिथियम आयन बैटरियों के एल्युमीनियम शेल का विरूपण तंत्र और रोकथाम रणनीतियाँ

नियमित संरचना और उच्च ऊर्जा घनत्व के अपने लाभों के साथ, लिथियम आयन बैटरियों का व्यापक रूप से नई ऊर्जा वाहनों जैसे क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। हालांकि, उनकी अनिसोट्रोपिक संरचनात्मक विशेषताएं उन्हें उत्पादन के दौरान लंबाई और चौड़ाई दिशाओं में असमान बलों के कारण अवतल और उत्तल कोशिकाओं जैसी विरूपण समस्याओं का शिकार बनाती हैं, जो बदले में बैटरी की सुरक्षा और सेवा जीवन को प्रभावित करती हैं। विरूपण समस्याओं की घटना भौतिक गुणों, विनिर्माण प्रक्रियाओं और पावर बैटरी सेल के आंतरिक पर्यावरण नियंत्रण जैसे कई पहलुओं से निकटता से संबंधित है। कई आयामों से कारणों का विश्लेषण करना और लक्षित नीतियों को लागू करना आवश्यक है। यह आलेख लाइफपो4 पावर सेल में विकृति के मुख्य कारणों और सिस्टम की रोकथाम और नियंत्रण उपायों का गहन विश्लेषण प्रदान करता है, जो उद्योग उत्पादन अभ्यास के लिए तकनीकी संदर्भ प्रदान करता है।

लिथियम आयन बैटरी उत्पादन प्रणाली में, लिथियम आयन बैटरी शेल संरचना की स्थिरता सीधे उत्पाद की विश्वसनीयता से संबंधित होती है, और विरूपण समस्याओं की घटना अक्सर कई कारकों के सहक्रियात्मक प्रभाव का परिणाम होती है, जैसे सामग्री गुण, प्रक्रिया नियंत्रण और आंतरिक थर्मोडायनामिक स्थिति। सामग्री और संरचनात्मक आयामों के दृष्टिकोण से, एल्यूमीनियम खोल सामग्री का चयन और ताकत डिजाइन मूलभूत कारक हैं। यदि अपर्याप्त तन्य शक्ति वाली सामग्री, जैसे कि 3003 एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है, या यदि शेल की मोटाई 0.6 मिमी से कम है, तो आंतरिक दबाव और थर्मल तनाव के तहत विरूपण उत्पन्न होने का खतरा होता है। साथ ही, वेल्डिंग क्षेत्र की संरचनात्मक विशेषताओं को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान बनने वाले ताप प्रभावित क्षेत्र में जाली के पुनर्गठन के कारण स्थानीय ताकत में 20-30% की कमी का अनुभव होगा, जो एक तनाव एकाग्रता क्षेत्र बन जाएगा जो बाद के तनाव के अधीन होने पर विरूपण का खतरा होगा।

वेल्डिंग प्रक्रिया की तर्कसंगतता सौर मंडल के लिए लिथियम आयन बैटरी के खोल की संरचनात्मक स्थिरता पर एक निर्णायक प्रभाव डालती है, और विरूपण को प्रेरित करने में प्रक्रिया दोष एक महत्वपूर्ण कड़ी है। लेजर वेल्डिंग, एक मुख्यधारा प्रक्रिया के रूप में, यदि ताप इनपुट नियंत्रण नियंत्रण से बाहर है, जैसे कि 300W से अधिक बिजली या 30 मिमी/सेकेंड से कम वेल्डिंग गति, तो इससे स्थानीय तापमान 660 डिग्री पर एल्यूमीनियम के पिघलने बिंदु से कहीं अधिक हो जाएगा, और पिघला हुआ पूल बहुत गहरा होगा, जिससे शीतलन संकोचन तनाव में तेज वृद्धि होगी; अनुचित वेल्ड बीड डिज़ाइन, जैसे निरंतर रिंग वेल्डिंग में तनाव राहत निशानों की अनुपस्थिति और वेल्ड बीड की चौड़ाई 0.8 मिमी से कम, वेल्ड की भार वहन क्षमता को कम कर सकती है और विरूपण के जोखिम को और बढ़ा सकती है।

बैटरी का असामान्य आंतरिक दबाव विरूपण का मुख्य थर्मोडायनामिक कारण है, जो LiFePO4 लिथियम आयन बैटरी जैसी मुख्यधारा प्रणालियों में भी मौजूद है। इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और बैटरी सेल के अंदर एसईआई फिल्म को असामान्य क्षति जैसी साइड प्रतिक्रियाएं, तापमान 45 डिग्री से अधिक होने पर गैस उत्पादन में तेजी लाएंगी, और जब आंतरिक दबाव 10kPa से अधिक हो जाएगा, तो यह शेल को ख़राब होने के लिए प्रेरित करेगा; साथ ही, पूरी तरह चार्ज अवस्था में नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार दर 20-30% तक पहुंच सकती है। यदि कोर और शेल की भीतरी दीवार के बीच का अंतर 1.0 मिमी (उद्योग मानक अंतर 0.3-0.8 मिमी है) से अधिक है, तो विस्तार बल को शेल द्वारा प्रभावी ढंग से बाधित नहीं किया जा सकता है और ऊर्ध्वाधर दिशा में उच्च स्तर की स्वतंत्रता की ओर मुड़ जाएगा, जिससे कवर प्लेट या साइड की दीवार में विकृति आ जाएगी। इसके अलावा, सौर ऊर्जा भंडारण प्रणाली लिथियम बैटरी पैक के उत्पादन में, यदि कोर और शेल की भीतरी दीवार के बीच का अंतर मानक से अधिक है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार करते समय पहले आसपास के अंतराल को भर देगा, जिससे ऊर्ध्वाधर विरूपण प्रभाव और बढ़ जाएगा।

उत्पादन प्रक्रिया के दौरान प्रक्रिया नियंत्रण विचलन भी विरूपण समस्याओं को प्रेरित या बढ़ा सकता है। यदि असेंबली प्रक्रिया के दौरान कवर प्लेट और शेल के बीच का अंतर 0.2 मिमी से अधिक हो जाता है, तो वेल्डिंग के दौरान थर्मल तनाव गैप विस्थापन प्रभाव के साथ सुपरइम्पोज़ हो जाएगा, जिससे सीधे विरूपण हो जाएगा; यदि सीलिंग चरण के दौरान वैक्यूम डिग्री बहुत कम (-90kPa से नीचे) सेट की जाती है, तो बाहरी वायुमंडलीय दबाव सीधे शेल के कमजोर हिस्सों पर कार्य करेगा, जिससे निष्क्रिय संपीड़न विरूपण होगा।

उपरोक्त विरूपण तंत्र और उद्योग तकनीकी अभ्यास के आधार पर, सामग्री अनुकूलन, प्रक्रिया सुधार, आंतरिक दबाव नियंत्रण और प्रक्रिया सुदृढ़ीकरण जैसे आयामों से एक रोकथाम और नियंत्रण प्रणाली का निर्माण किया जा सकता है। सामग्री और संरचनात्मक अनुकूलन के संदर्भ में, मुख्य विचार शेल की भार वहन क्षमता में सुधार करना है, जिसे तन्य शक्ति में 30% की वृद्धि के साथ 5052 एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग करके, शीर्ष कवर क्षेत्र में 0.5-1.0 मिमी उच्च सुदृढीकरण पसलियों को जोड़कर और सौर होम सिस्टम लिथियम आयन बैटरियों के शेल की मोटाई को 0.8-1.0 मिमी तक बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है। साथ ही, एकल-बिंदु ताप इनपुट को कम करने और वेल्डिंग क्षेत्र की स्थिरता में सुधार करने के लिए लेजर वेल्डिंग और अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के संयोजन वाली एक समग्र वेल्डिंग संरचना को अपनाया जाता है।

वेल्डिंग प्रक्रिया में सुधार के लिए ग्रेडिएंट पावर वेल्डिंग रणनीति का उपयोग करते हुए बारीक नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता है, अर्थात, शुरुआती खंड के लिए 200W/30mm/s, मध्य खंड के लिए 250W/25mm/s और अंतिम खंड के लिए 180W के मापदंडों का संयोजन, 0.5 मिमी के भीतर गर्मी प्रभावित क्षेत्र की गहराई को नियंत्रित करने के लिए; साथ ही, निरंतर वेल्ड बीड को खंडित वेल्डिंग मोड में बदलकर वेल्ड बीड डिज़ाइन को अनुकूलित करें, जिसमें प्रत्येक खंड 5-8 मिमी और 2 मिमी तनाव रिलीज क्षेत्र आरक्षित हो। साथ ही, वेल्ड असर क्षमता बढ़ाने के लिए वेल्ड बीड की चौड़ाई 1.2 मिमी तक बढ़ाएं।

आंतरिक दबाव नियंत्रण को दो पहलुओं से शुरू करने की आवश्यकता है: विस्तार मुआवजा और गैस उत्पादन दमन। संरचनात्मक डिजाइन के संदर्भ में, 50% से अधिक संपीड़न दर वाली एक लोचदार बफर परत को लिथियम सोलर बैटरियों की कवर प्लेट के अंदर स्थापित किया जा सकता है, जिससे नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार के कारण होने वाले दबाव प्रभाव को कम करने के लिए 0.5 - 1.0 मिमी विस्तार स्थान छोड़ा जा सकता है; रासायनिक प्रणाली अनुकूलन के संदर्भ में, इंजेक्शन प्रक्रिया में 1 - 2% एफईसी फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स को जोड़ने से एसईआई फिल्म में असामान्य क्षति को प्रभावी ढंग से दबाया जा सकता है, 0.5 मिलीलीटर / एएच के भीतर पूर्ण चार्ज के तहत गैस उत्पादन को नियंत्रित किया जा सकता है (गैस क्रोमैटोग्राफी परीक्षण के माध्यम से वास्तविक समय में निगरानी की जाती है), और स्रोत से आंतरिक दबाव संचय को कम किया जा सकता है।

प्रक्रिया नियंत्रण को मजबूत करने के लिए बुद्धिमान प्रौद्योगिकी के उपयोग की आवश्यकता होती है, जो ± 0.05 मिमी के भीतर स्थिति सटीकता को नियंत्रित करने के लिए असेंबली प्रक्रिया में एक दृश्य पोजिशनिंग सिस्टम पेश करता है। साथ ही, वेल्डिंग फिक्स्चर को निरंतर बल क्लैम्पिंग मोड में अपग्रेड करने से 20{7}}30N का क्लैंपिंग बल सुनिश्चित होता है, जिसमें उतार-चढ़ाव 5% से अधिक नहीं होता है, जिससे असेंबली विचलन के कारण होने वाला विरूपण जोखिम कम हो जाता है। रासायनिक पृथक्करण चरण में एक दबाव परीक्षण स्टेशन जोड़ें, जो पता चला दबाव 5kPa से अधिक होने पर स्वचालित रूप से अलार्म करेगा। साथ ही, शेल विरूपण दर की एक्स-रे जांच के साथ संयुक्त रूप से, लिथियम-आयन ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए बैटरी में विरूपण समस्याओं की प्रारंभिक पहचान और नियंत्रण प्राप्त करने के लिए सीमा को 0.3% के भीतर नियंत्रित किया जाएगा।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बीईएसएस के लिए लिथियम आयन के खोल की विरूपण रोकथाम और नियंत्रण एक व्यवस्थित इंजीनियरिंग प्रक्रिया है। लेख में शामिल तकनीकी मापदंडों को विशिष्ट उत्पादन उपकरण, उत्पाद मॉडल और एप्लिकेशन परिदृश्यों के साथ जोड़ा जाना चाहिए, और कार्यान्वयन से पहले डीओई प्रयोगों के माध्यम से अनुकूलित और सत्यापित किया जाना चाहिए। विशेष अनुप्रयोग परिदृश्यों वाले उत्पादों के लिए, जैसेलिथियम-आयन बैटरियांपूरे जीवनचक्र के दौरान उत्पाद की संरचनात्मक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए अनुप्रयोग वातावरण के तापमान और दबाव विशेषताओं के आधार पर रोकथाम और नियंत्रण मापदंडों को और अधिक समायोजित करना आवश्यक है। इसके अलावा, रिचार्जेबल लिथियम आयन बैटरी सेल के विरूपण की रोकथाम और नियंत्रण के लिए चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्रों के दौरान थर्मोडायनामिक परिवर्तनों को भी ध्यान में रखना होगा, और पूरी प्रक्रिया के दौरान गुणवत्ता नियंत्रण प्राप्त करना होगा।