L'analyse de l'industrie des composants structurels de batteries au lithium -ion : tendances de développement des technologies d'emballage de boîtiers en aluminium, de cellules en pochette et de batteries de puissance

Avec la croissance rapide des marchés des véhicules à énergie nouvelle, des systèmes de stockage d'énergie, des deux-roues électriques-et de l'alimentation de secours industrielle, les composants structurels des batteries au lithium sont devenus un élément indispensable et crucial de la chaîne industrielle des batteries de puissance. En tant que composants vitaux de protection mécanique et de connexion électrique du système de batterie, les composants structurels affectent directement les performances de sécurité, les performances d'étanchéité, la durée de vie et l'efficacité d'utilisation de l'énergie de la batterie.

 

Les composants structurels de la batterie au lithium comprennent généralement le boîtier de la cellule, le couvercle supérieur, les bornes, les languettes de connexion, les connecteurs flexibles et les matériaux d'encapsulation de la batterie. Parmi ceux-ci, les composants structurels du boîtier en aluminium sont l'une des solutions les plus largement utilisées dans le domaine actuel des batteries de puissance, largement appliquées dans les boîtiers en aluminium pour les batteries au lithium EV, les systèmes de stockage d'énergie et les modules de batteries de véhicules à énergie nouvelle.
 

 

 

Les composants structurels des batteries au lithium font référence à des pièces métalliques ou en matériaux composites utilisées pour protéger la cellule, permettre la conduction du courant, fournir un support mécanique et offrir une protection de sécurité.

 

En fonction de leur forme d'emballage, les batteries au lithium traditionnelles sont actuellement divisées en trois types principaux : les batteries prismatiques, les batteries cylindriques et les batteries de poche.

 

Les batteries carrées et cylindriques utilisent généralement un boîtier en métal dur, dont la structure centrale est constituée du boîtier de la batterie et d'une plaque de recouvrement. Les batteries de poche, quant à elles, utilisent une structure d'encapsulation en film plastique en aluminium-pour obtenir une conception plus légère.

 

Pour les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle, l'utilisation d'un boîtier en aluminium pour les packs de batteries au lithium Powerwall améliore efficacement la résistance mécanique et l'adaptabilité environnementale du pack de batteries, trouvant ainsi une application généralisée dans le stockage d'énergie résidentiel et commercial.

 

 

Les batteries de puissance stockent une grande quantité d’énergie électrique. En cas de surcharge, de court-circuit ou d'emballement thermique, la pression interne de la cellule augmente rapidement.

 

Les composants structurels sécurisent non seulement les cellules, mais remplissent également les fonctions clés suivantes :

 

Conduction actuelle
Scellement des cellules
Libération de pression
Protection contre les courts-circuits
Protection contre la corrosion
Support mécanique

 

En particulier dans les systèmes de batteries haute tension et les plates-formes de véhicules à énergie nouvelle, la précision de conception des composants structurels affecte directement les performances globales de sécurité du véhicule.

 

Pour les systèmes électriques utilisant un boîtier en aluminium pour les batteries automobiles, les composants structurels doivent simultanément répondre à plusieurs exigences, notamment une résistance élevée, une légèreté et une résistance à la corrosion.
 

 

 

Sur le marché des batteries prismatiques, les coques en aluminium sont devenues le choix dominant.

 

Les matériaux en aluminium sont légers, ont une excellente conductivité thermique et sont faciles à traiter, répondant à la double exigence de haute densité énergétique et de conception légère pour les batteries de puissance.

 

Les batteries de puissance modernes adoptent largement la solution de coque en aluminium pour les cellules prismatiques au lithium, formant une structure de coque complète grâce à des processus d'emboutissage profond, d'estampage et de soudage de précision.

 

Pour les secteurs des bus à énergie nouvelle et des véhicules utilitaires, les coques en aluminium pour les packs de batteries LiFePO4 des bus électriques EV sont devenues une direction d'application importante, avec leur structure à haute résistance-capable de résister aux vibrations à long-termes et aux conditions de fonctionnement complexes.

 

Parallèlement, le domaine des batteries de stockage d'énergie adopte également de plus en plus de coques en aluminium pour les cellules des batteries au lithium fer phosphate afin d'améliorer la sécurité et la fiabilité globales des systèmes de batteries au lithium fer phosphate.

 

 

Dans une structure de batterie à coque rigide-, le couvercle est généralement la partie la plus avancée technologiquement.

Un ensemble complet de couvercle de batterie comprend généralement :

 

Terminaux
Vanne antidéflagrante-
Soupape de sécurité
Dispositif d'interruption de courant
Composants d'isolation

 

Lorsque la pression interne de la batterie augmente anormalement, la structure antidéflagrante-peut relâcher la pression à temps, réduisant ainsi le risque d'emballement thermique.

 

Les bornes sont responsables de la transmission du courant, assurant une connexion stable entre la cellule et le circuit externe.

Dans la conception des coques en aluminium des grandes batteries LFP, l’étanchéité à l’air et la qualité du soudage du couvercle déterminent souvent la durée de vie de l’ensemble de la cellule.

 

 

La fabrication de coques en aluminium pour batteries au lithium appartient au domaine typique du traitement de précision des métaux.

Les processus courants comprennent :

 

Estampage de précision
Emboutissage profond
Soudage laser
Usinage de précision CNC
Traitement de surface

La technologie d’emboutissage profond détermine directement la précision dimensionnelle et la cohérence de la coque.

 

Pour les produits à coque en aluminium à cellules prismatiques LFP, les tolérances dimensionnelles sont généralement contrôlées dans une très petite plage pour garantir la stabilité de l'assemblage automatisé ultérieur.

 

Avec l'amélioration des niveaux de production automatisés, les lignes de production modernes de composants structurels ont largement adopté des systèmes d'inspection intelligents pour obtenir une fabrication de haute-consistance.
 

 

 

Contrairement aux-batteries à coque dure, les batteries-souples utilisent un film plastique-en aluminium pour l'encapsulation.

 

Le film plastique en aluminium-est généralement composé d'une couche de nylon, d'une couche de feuille d'aluminium et d'une couche de polypropylène, offrant de bonnes propriétés de barrière et de flexibilité.

 

Les principaux avantages des-batteries souples sont :

Léger, haute densité énergétique, conception flexible et bonnes performances de sécurité.

Par conséquent, ils sont largement utilisés dans l'électronique grand public, le stockage d'énergie haut de gamme et certains domaines des véhicules à énergies nouvelles.

 

Pour certaines applications légères, telles que les produits liés au boîtier en aluminium pour les batteries rechargeables LiFePO4 à pack souple-, le choix entre les solutions à coque souple-et à coque en aluminium-est souvent basé sur des exigences spécifiques.

 

 

Les batteries carrées offrent des avantages tels qu'une structure compacte, une efficacité élevée et une utilisation élevée de l'espace, ce qui en fait l'approche dominante sur le marché actuel des véhicules à énergie nouvelle.

 

Les batteries cylindriques disposent de processus de fabrication matures, d'une grande cohérence et conviennent à une production automatisée à grande échelle. De nombreux systèmes de batterie cylindrique et à coque en aluminium à cellules prismatiques Samsung adoptent des méthodes de fabrication standardisées pour garantir la stabilité du produit.

 

Les batteries de poche offrent une densité énergétique plus élevée et un poids plus léger, mais leur processus de fabrication est plus complexe et nécessite des matériaux d'emballage de meilleure qualité-.

 

Du point de vue du développement du marché, ces trois voies technologiques coexisteront pendant une période considérable, formant des schémas différenciés basés sur différents scénarios d'application.

 

 

Avec la croissance continue des véhicules à énergie nouvelle, des systèmes de stockage d'énergie et des équipements de transport intelligents, les composants structurels des batteries lithium-ion évoluent dans les directions suivantes :

 

Application de matériaux en alliage d'aluminium-à plus haute résistance

Conception structurelle plus légère

Niveaux plus élevés de production automatisée

Meilleur contrôle de la cohérence dimensionnelle-

Conception de protection de sécurité supérieure

Utilisation plus élevée des matériaux

 

À l'avenir, qu'il s'agisse du boîtier en aluminium pour batterie LiFePO4 de voiture, du boîtier en aluminium pour batterie de vélo électrique ou de la coque en aluminium de batterie prismatique au lithium utilisée dans les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle-, tous continueront à évoluer vers une plus grande précision, une plus grande fiabilité et une réduction des coûts.

 

 

Bien que les composants structurels des batteries au lithium-ion ne représentent pas la proportion la plus élevée du coût de la batterie, ce sont des composants fondamentaux cruciaux qui déterminent la sécurité, la stabilité et la durée de vie de la batterie. Depuiscoques en aluminium pour batteries lithium-ionAux modules de batteries-de puissance à grande échelle, des systèmes de stockage d'énergie aux véhicules électriques, le développement de la technologie des composants structurels a toujours progressé parallèlement à la mise à niveau de la nouvelle industrie énergétique. Grâce aux progrès continus des processus de fabrication et à l'innovation constante dans la technologie des matériaux, les composants structurels à coque en aluminium haute performance - joueront un rôle encore plus important dans la future nouvelle chaîne industrielle de l'énergie.