تلعب أشرطة النيكل وظائف أساسية مثل الاتصال الكهربائي والدعم الهيكلي وحماية السلامة في بطاريات مركبات الطاقة الجديدة (وخاصة بطاريات الطاقة).أدائهم يؤثر بشكل مباشر على الموثوقية، عمر، وسلامة البطارية. فيما يلي تحليل مفصل من جانبين: سيناريوهات تطبيق محددة والمتطلبات التقنية:
تطبيقات محددة لأشرطة النيكل في بطاريات المركبات ذات الطاقة الجديدة
1- الاتصال الكهربائي بين خلايا البطارية: لحام بطاقة الكترود والشريط
سيناريو التطبيق:
قم بتوصيل علامات الإلكترود الإيجابية والسلبية (اللوحات الإيجابية من الألومنيوم ، علامات النحاس السلبية) من خلية بطارية واحدة مع شريط الحافلة في الوحدة لتشكيل مسار تيار.
حالة نموذجية: في وحدة بطارية تيسلا 4680،أشرطة النيكلربط علامات بطارية البطارية إلى قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق لحام بالليزر ، ودعم تيار تفريغ مستمر يصل إلى 150A.
الدور الرئيسي:
تقليل مقاومة الاتصال (الهدف < 2mΩ) ، وتقليل فقدان الطاقة، وتحسين كفاءة البطارية.
تشتت كثافة التيار لتجنب الإفراط في تسخين الألواح المحلية (مثل التحكم في درجة الحرارة عند ≤80 درجة مئوية أثناء الشحن السريع).
2- تثبيت هيكل الوحدة وتخفيف الضغوط
سيناريوهات التطبيق:
كقطعة اتصال بين الخلايا، يتم تحديد موقع الخلية عن طريق اللحام الموقع أو اللحام بالليزر،والذي يستخدم عادة في بطاريات الغلاف الألومنيوم المربع (مثل وحدات CATL CTP) والبطاريات الناعمة (مثل بطاريات الكيس LG New Energy).
الوظيفة الأساسية:
امتصاص توسع حجم الخلية أثناء الشحن والفراغ (حوالي 10٪ ~ 15٪) لمنع علامة التبويب من كسر أو الحجاب الحاجز من ثقب.
توفير الدعم الميكانيكي لضمان الاستقرار الهيكلي للوحدة تحت الاهتزاز (مثل القيادة المضطربة للسيارة ، وتردد الاهتزاز 5 ~ 2000Hz).
3مكونات حماية السلامة: حزام التأمين وحماية التيار الزائد
سيناريوهات التطبيق:
تم تصميمه كحزام نيكل قابل للتصميم (مثل هيكل رقيق محليًا أو مجوف) ، ويتم توصيله بسلسلة في دائرة البطارية.
الوظيفة الأساسية:
عندما يتجاوز التيار الحد الأدنى (مثل التيار الدائرة القصيرة > 500A) ، يذوب حزام النيكل قبل الخلية ، ويقطع الدائرة ، ويمنع الهروب الحراري.
يجب أن يتم التحكم في وقت الاستجابة في غضون 10 ميس، ومقاومة العزل بعد الذوبان يجب أن تكون ≥100MΩ لضمان السلامة.
4دمج نظام إدارة الحرارة
سيناريوهات التطبيق:
كوسيلة لنقل الحرارة ، فإنه ينقل حرارة خلية البطارية إلى لوحة تبريد المياه للوحدة أو الغلاف ، ويستخدم جنبا إلى جنب مع زيت السيليكون الموصل الحراري.
الوظيفة الأساسية:
يجب أن تكون الموصلية الحرارية ≥90W/(m・K) ، والهدف هو السيطرة على فرق درجة الحرارة بين خلايا البطارية إلى ≤2 °C لتجنب تدهور القدرة الناجم عن الإفراط في الحرارة المحلية.
تم تصميم بعض الشرائط النيكلية كهياكل القنوات الدقيقة ومضمنة في أنابيب التبريد السائل لتحسين كفاءة تبديد الحرارة (مثل محلول التبريد غير المباشر للبطاريات BYD).
5متطلبات العملية والموثوقية
دقة الأبعاد: تسامح سمك ± 5٪ (مثل 0.1mm)شريط النيكلمعدل التسامح ± 0.005mm) ، معدل التسامح العريض ± 0.1mm، لضمان قابلية التكيف مع معدات اللحام الآلي.
جودة السطح:
الخامسة Ra≤1.6μm، تجنب التجويف الذي يخترق الحجاب الحاجز.
لا يوجد لون أكسدة ، ولا وجود بقع زيتية ، يجب أن يتم تصفية سطح اللحام مع سبيكة النيكل الفوسفور (سمك اللحام 2 ~ 5μm) لتحسين موثوقية اللحام.
قابلية التتبع: رقم المجموعة، التركيب الكيميائي (Ni≥99.5٪، الشوائب Fe≤0.1٪، Cu≤0.05٪)يجب تسجيل بيانات الخصائص الميكانيكية للشريط النيكل لتلبية متطلبات نظام إدارة الجودة IATF 16949.
التحديات والحلول التقنية النموذجية
1متطلبات رقيقة للغاية تحت كثافة طاقة عالية
التحدي: من أجل زيادة كثافة الطاقة في مجموعة البطارية (الهدف ≥300Wh/kg) ،شريط النيكلتحتاج إلى انخفاض من 0.15mm إلى أقل من 0.08mm، ولكن من السهل أن يسبب انخفاض في قوة.
الحل:
استخدام عملية التنقيب البارد + التسخين لتحسين القوة والمرونة من خلال تنقية الحبوب (متوسط حجم الحبوب ≤10μm).
تطوير شريط مركب من النيكل والجرافين. 5% محتوى الجرافين يمكن أن يزيد من قوة الشد بنسبة 30% مع الحفاظ على الموصلات فوق 95%.
2تحسين إزالة الحرارة في سيناريوهات الشحن السريع
التحدي: أثناء الشحن السريع للغاية بقدرة 480 كيلوواط، قد تتجاوز درجة حرارة نقطة اتصال شريط النيكل 150 درجة مئوية، مما يؤدي إلى أكسدة النيكل أو فشل مفصل اللحام.
الحل:
يزيد طلاء الفضة (بسمك 1 ~ 2μm) على سطح شريط النيكل من الموصلات الحرارية إلى 420W / (((m・K) ، ويزيد كفاءة تبديد الحرارة بنسبة 50٪.
تصميم بنية شريط نيكل متداخلة لزيادة منطقة تبديد الحرارة، والتعاون مع التبريد السائل القناة الدقيقة للحد من درجة حرارة النقطة الساخنة بأكثر من 20 درجة مئوية.
3تكنولوجيا مضادة للتآكل تحت متطلبات الحياة الطويلة
التحدي: في البطاريات ذات عمر دورة ≥3000 مرة ، قد يحدث التآكل بين الحبيبات عندما يكون الشريط النيكل في اتصال طويل مع الكهربائي.
الحل:
استخدام تكنولوجيا طلاء النيكل الفراغ لتشكيل طبقة من النيكل النقي غير مسامية (سمك ≥ 3μm) لمنع اختراق الكهربائيات.
تطوير عملية تعزيز فيلم التخفيف ، وزيادة سمك فيلم NiO من 5nm إلى 20nm من خلال الأكسدة الكهربائية ، وتقليل معدل التآكل إلى 0.01μm / سنة.
التوجهات التكنولوجية المستقبلية
الابتكار المادي:
شريط النيكل النانوكريستالي (حجم الحبوب < 100nm): تم زيادة القوة إلى 800MPa ، مع الحفاظ على إطالة 25٪ ، والتكيف مع المواصفات الأرق (أقل من 0.05mm).
شريط مركب من الأنابيب النانوية من النيكل والكربون: تم زيادة التوصيل إلى 6.5 × 107 S / m ، مما يلبي متطلبات المعوقة المنخفضة لمنصة الجهد العالي 800 فولت.
تحديث العملية:
اللحام بالموجات فوق الصوتية الذكية: مراقبة في الوقت الحقيقي لقوة اللحام وامتدادها من خلال خوارزميات الذكاء الاصطناعي ، مما يزيد من عائد مفصل اللحام من 95٪ إلى 99.5٪.
التصنيع الإضافيشريط النيكل: الطباعة ثلاثية الأبعاد للشرائط النيكلية ذات الهيكل المعقدة (مثل قنوات التبديد الحراري في دوامة) للتكيف مع تصاميم وحدات البطارية ذات الشكل الخاص.
التنمية المستدامة:
تطوير شريط النيكل غير الكهربائي: توليد طبقة النيكل مباشرة على سطح الركيزة النحاسية من خلال ترسب البخار الكيميائي (CVD) للحد من تلوث مياه الصرف الصحي.
تحسين نظام إعادة تدوير الشريط النيكل: استخدام تكنولوجيا التسخين بالحث الكهرومغناطيسي لتحقيق فصل غير خاسر للشريط النيكل وخلية البطارية ومعدل استرداد المواد المستهدفة ≥98٪.
ملخص
شريط النيكلهو مكون أساسي "غير مرئي ولكن حاسم" في بطاريات المركبات ذات الطاقة الجديدة ، ويجب أن يستوفي أداؤه المتطلبات الصارمة لأبعاد متعددة مثل الكهربائية والميكانيكية ،والبيئةمع تطوير منصة 800 فولت عالية الجهد وتكنولوجيا الشحن السريع جدا وبطاريات الحالة الصلبة، سيتم تكرار شريط النيكل في اتجاه رقيق جدا، عالية القوة،والتكامل الوظيفي، ومواصلة دعم الاختراقات في تكنولوجيا بطارية الطاقة. 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.
تلعب أشرطة النيكل وظائف أساسية مثل الاتصال الكهربائي والدعم الهيكلي وحماية السلامة في بطاريات مركبات الطاقة الجديدة (وخاصة بطاريات الطاقة).أدائهم يؤثر بشكل مباشر على الموثوقية، عمر، وسلامة البطارية. فيما يلي تحليل مفصل من جانبين: سيناريوهات تطبيق محددة والمتطلبات التقنية:
تطبيقات محددة لأشرطة النيكل في بطاريات المركبات ذات الطاقة الجديدة
1- الاتصال الكهربائي بين خلايا البطارية: لحام بطاقة الكترود والشريط
سيناريو التطبيق:
قم بتوصيل علامات الإلكترود الإيجابية والسلبية (اللوحات الإيجابية من الألومنيوم ، علامات النحاس السلبية) من خلية بطارية واحدة مع شريط الحافلة في الوحدة لتشكيل مسار تيار.
حالة نموذجية: في وحدة بطارية تيسلا 4680،أشرطة النيكلربط علامات بطارية البطارية إلى قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق لحام بالليزر ، ودعم تيار تفريغ مستمر يصل إلى 150A.
الدور الرئيسي:
تقليل مقاومة الاتصال (الهدف < 2mΩ) ، وتقليل فقدان الطاقة، وتحسين كفاءة البطارية.
تشتت كثافة التيار لتجنب الإفراط في تسخين الألواح المحلية (مثل التحكم في درجة الحرارة عند ≤80 درجة مئوية أثناء الشحن السريع).
2- تثبيت هيكل الوحدة وتخفيف الضغوط
سيناريوهات التطبيق:
كقطعة اتصال بين الخلايا، يتم تحديد موقع الخلية عن طريق اللحام الموقع أو اللحام بالليزر،والذي يستخدم عادة في بطاريات الغلاف الألومنيوم المربع (مثل وحدات CATL CTP) والبطاريات الناعمة (مثل بطاريات الكيس LG New Energy).
الوظيفة الأساسية:
امتصاص توسع حجم الخلية أثناء الشحن والفراغ (حوالي 10٪ ~ 15٪) لمنع علامة التبويب من كسر أو الحجاب الحاجز من ثقب.
توفير الدعم الميكانيكي لضمان الاستقرار الهيكلي للوحدة تحت الاهتزاز (مثل القيادة المضطربة للسيارة ، وتردد الاهتزاز 5 ~ 2000Hz).
3مكونات حماية السلامة: حزام التأمين وحماية التيار الزائد
سيناريوهات التطبيق:
تم تصميمه كحزام نيكل قابل للتصميم (مثل هيكل رقيق محليًا أو مجوف) ، ويتم توصيله بسلسلة في دائرة البطارية.
الوظيفة الأساسية:
عندما يتجاوز التيار الحد الأدنى (مثل التيار الدائرة القصيرة > 500A) ، يذوب حزام النيكل قبل الخلية ، ويقطع الدائرة ، ويمنع الهروب الحراري.
يجب أن يتم التحكم في وقت الاستجابة في غضون 10 ميس، ومقاومة العزل بعد الذوبان يجب أن تكون ≥100MΩ لضمان السلامة.
4دمج نظام إدارة الحرارة
سيناريوهات التطبيق:
كوسيلة لنقل الحرارة ، فإنه ينقل حرارة خلية البطارية إلى لوحة تبريد المياه للوحدة أو الغلاف ، ويستخدم جنبا إلى جنب مع زيت السيليكون الموصل الحراري.
الوظيفة الأساسية:
يجب أن تكون الموصلية الحرارية ≥90W/(m・K) ، والهدف هو السيطرة على فرق درجة الحرارة بين خلايا البطارية إلى ≤2 °C لتجنب تدهور القدرة الناجم عن الإفراط في الحرارة المحلية.
تم تصميم بعض الشرائط النيكلية كهياكل القنوات الدقيقة ومضمنة في أنابيب التبريد السائل لتحسين كفاءة تبديد الحرارة (مثل محلول التبريد غير المباشر للبطاريات BYD).
5متطلبات العملية والموثوقية
دقة الأبعاد: تسامح سمك ± 5٪ (مثل 0.1mm)شريط النيكلمعدل التسامح ± 0.005mm) ، معدل التسامح العريض ± 0.1mm، لضمان قابلية التكيف مع معدات اللحام الآلي.
جودة السطح:
الخامسة Ra≤1.6μm، تجنب التجويف الذي يخترق الحجاب الحاجز.
لا يوجد لون أكسدة ، ولا وجود بقع زيتية ، يجب أن يتم تصفية سطح اللحام مع سبيكة النيكل الفوسفور (سمك اللحام 2 ~ 5μm) لتحسين موثوقية اللحام.
قابلية التتبع: رقم المجموعة، التركيب الكيميائي (Ni≥99.5٪، الشوائب Fe≤0.1٪، Cu≤0.05٪)يجب تسجيل بيانات الخصائص الميكانيكية للشريط النيكل لتلبية متطلبات نظام إدارة الجودة IATF 16949.
التحديات والحلول التقنية النموذجية
1متطلبات رقيقة للغاية تحت كثافة طاقة عالية
التحدي: من أجل زيادة كثافة الطاقة في مجموعة البطارية (الهدف ≥300Wh/kg) ،شريط النيكلتحتاج إلى انخفاض من 0.15mm إلى أقل من 0.08mm، ولكن من السهل أن يسبب انخفاض في قوة.
الحل:
استخدام عملية التنقيب البارد + التسخين لتحسين القوة والمرونة من خلال تنقية الحبوب (متوسط حجم الحبوب ≤10μm).
تطوير شريط مركب من النيكل والجرافين. 5% محتوى الجرافين يمكن أن يزيد من قوة الشد بنسبة 30% مع الحفاظ على الموصلات فوق 95%.
2تحسين إزالة الحرارة في سيناريوهات الشحن السريع
التحدي: أثناء الشحن السريع للغاية بقدرة 480 كيلوواط، قد تتجاوز درجة حرارة نقطة اتصال شريط النيكل 150 درجة مئوية، مما يؤدي إلى أكسدة النيكل أو فشل مفصل اللحام.
الحل:
يزيد طلاء الفضة (بسمك 1 ~ 2μm) على سطح شريط النيكل من الموصلات الحرارية إلى 420W / (((m・K) ، ويزيد كفاءة تبديد الحرارة بنسبة 50٪.
تصميم بنية شريط نيكل متداخلة لزيادة منطقة تبديد الحرارة، والتعاون مع التبريد السائل القناة الدقيقة للحد من درجة حرارة النقطة الساخنة بأكثر من 20 درجة مئوية.
3تكنولوجيا مضادة للتآكل تحت متطلبات الحياة الطويلة
التحدي: في البطاريات ذات عمر دورة ≥3000 مرة ، قد يحدث التآكل بين الحبيبات عندما يكون الشريط النيكل في اتصال طويل مع الكهربائي.
الحل:
استخدام تكنولوجيا طلاء النيكل الفراغ لتشكيل طبقة من النيكل النقي غير مسامية (سمك ≥ 3μm) لمنع اختراق الكهربائيات.
تطوير عملية تعزيز فيلم التخفيف ، وزيادة سمك فيلم NiO من 5nm إلى 20nm من خلال الأكسدة الكهربائية ، وتقليل معدل التآكل إلى 0.01μm / سنة.
التوجهات التكنولوجية المستقبلية
الابتكار المادي:
شريط النيكل النانوكريستالي (حجم الحبوب < 100nm): تم زيادة القوة إلى 800MPa ، مع الحفاظ على إطالة 25٪ ، والتكيف مع المواصفات الأرق (أقل من 0.05mm).
شريط مركب من الأنابيب النانوية من النيكل والكربون: تم زيادة التوصيل إلى 6.5 × 107 S / m ، مما يلبي متطلبات المعوقة المنخفضة لمنصة الجهد العالي 800 فولت.
تحديث العملية:
اللحام بالموجات فوق الصوتية الذكية: مراقبة في الوقت الحقيقي لقوة اللحام وامتدادها من خلال خوارزميات الذكاء الاصطناعي ، مما يزيد من عائد مفصل اللحام من 95٪ إلى 99.5٪.
التصنيع الإضافيشريط النيكل: الطباعة ثلاثية الأبعاد للشرائط النيكلية ذات الهيكل المعقدة (مثل قنوات التبديد الحراري في دوامة) للتكيف مع تصاميم وحدات البطارية ذات الشكل الخاص.
التنمية المستدامة:
تطوير شريط النيكل غير الكهربائي: توليد طبقة النيكل مباشرة على سطح الركيزة النحاسية من خلال ترسب البخار الكيميائي (CVD) للحد من تلوث مياه الصرف الصحي.
تحسين نظام إعادة تدوير الشريط النيكل: استخدام تكنولوجيا التسخين بالحث الكهرومغناطيسي لتحقيق فصل غير خاسر للشريط النيكل وخلية البطارية ومعدل استرداد المواد المستهدفة ≥98٪.
ملخص
شريط النيكلهو مكون أساسي "غير مرئي ولكن حاسم" في بطاريات المركبات ذات الطاقة الجديدة ، ويجب أن يستوفي أداؤه المتطلبات الصارمة لأبعاد متعددة مثل الكهربائية والميكانيكية ،والبيئةمع تطوير منصة 800 فولت عالية الجهد وتكنولوجيا الشحن السريع جدا وبطاريات الحالة الصلبة، سيتم تكرار شريط النيكل في اتجاه رقيق جدا، عالية القوة،والتكامل الوظيفي، ومواصلة دعم الاختراقات في تكنولوجيا بطارية الطاقة. 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.
