Branchenanalyse für Strukturkomponenten von Lithium---Ionen-Batterien: Wichtige Material- und Herstellungstrends bei Leistungsbatterien

 

Strukturkomponenten von Leistungsbatterien sind wichtige Bestandteile von Lithium-{0}Ionen-Batteriesystemen und in erster Linie für die mechanische Unterstützung, Abdichtung, Stromleitung und den Sicherheitsschutz der Batteriezellen verantwortlich. Im Großen und Ganzen umfassen die Strukturkomponenten von Leistungsbatterien Zellenoberseitenabdeckungen, Stahl- oder Aluminiumgehäuse, Batterieanschlüsse und flexible Anschlüsse; Eng definiert beziehen sie sich hauptsächlich auf Zellgehäuse und obere Batterieabdeckungsbaugruppen, wie z. B. die Power-Batterie-Abdeckplatte und die obere Lithium-Batterie-Abdeckung.

 

In der Batteriestruktur bieten Strukturkomponenten nicht nur physischen Schutz, sondern wirken sich auch direkt auf die Dichtungsleistung, die Wärmemanagementfähigkeiten und die Sicherheitszuverlässigkeit des Batteriesystems aus. Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge und Energiespeichersysteme nimmt die Bedeutung von Strukturkomponenten ständig zu, insbesondere bei Batteriesystemen mit hoher-Energie-dichte und hoher-Sicherheit-Standards, bei denen Lithium--Ionen-Batterieabdeckplatten zu einer der Kernkomponenten im Batteriedesign geworden sind.

 

 

 

Basierend auf unterschiedlichen Verpackungstechnologien für Leistungsbatterien gibt es derzeit drei Hauptbatteriebauformen auf dem Markt: prismatische Batterien, zylindrische Batterien und Beutelbatterien. Unterschiedliche Verpackungsformen entsprechen unterschiedlichen Strukturkomponentensystemen.

 

Zylindrische und prismatische Batterien werden im Allgemeinen als Hartschalenbatterien bezeichnet, deren Aufbau hauptsächlich aus einem Gehäuse und einer Abdeckung besteht. Prismatische Batterien verwenden typischerweise ein Gehäuse aus Aluminiumlegierung, kombiniert mit Strukturkomponenten wie einem prismatischen Lithium-Batteriedeckel oder einem oberen Deckel für prismatische Batteriezellen, um eine Abdichtung und Stromverbindung zu erreichen.

 

Im Gegensatz dazu verwenden Beutelbatterien Aluminium-Kunststofffolie als Verpackungsmaterial, was zu einer deutlich anderen Strukturform als bei Hartschalenbatterien führt. In Fahrzeugen mit neuer Energie und Energiespeicheranwendungen bleiben prismatische Hartschalenbatterien aufgrund ihrer hohen Sicherheit und strukturellen Stabilität jedoch weiterhin die gängige Lösung, was zu einem anhaltenden Wachstum der Marktnachfrage nach Batterieabdeckungen aus Aluminium und zugehörigen Abdeckungskomponenten führt.

 

 

 

Aus Branchensicht besitzen Strukturkomponenten für Leistungsbatterien sowohl die Eigenschaften der „Massenmaterialverarbeitung“ als auch der „Präzisionsfertigung“.

 

In Bezug auf die Kostenstruktur machen die Rohstoffkosten typischerweise mehr als 50 % der Gesamtkosten für Strukturbauteile aus. Prismatische Batteriestrukturkomponenten mit Aluminium--Gehäuse verwenden hauptsächlich Aluminiumlegierungen als Hauptmaterial, umfassen aber auch Hilfsmaterialien wie Kupfer, Stahl und technische Kunststoffe. Beispielsweise müssen bei oberen Batterieabdeckungsstrukturen übliche Aluminium-Abdeckplatten für Batterien ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

 

Für einige stromleitende Komponenten sind auch Kupfer--Aluminium-Verbundstrukturen erforderlich, um Leitfähigkeit und Gewichtskontrolle in Einklang zu bringen. Beispielsweise werden in einigen Batteriesystemen Bimetall-Bipolarplattenstrukturen aus Kupfer und Aluminium in Stromanschlusskomponenten verwendet.

 

Auf der Fertigungsseite ist die Herstellung von Strukturkomponenten für Leistungsbatterien ein typischer Präzisionsfertigungsprozess. Das Gehäuse wird typischerweise durch Stanzen und mehrere Streckprozesse hergestellt, während die Montage der oberen Abdeckung mehrere Prozesse wie Stanzen, Laserschweißen, Spritzgießen und Präzisionsmontage umfasst. Mit dem zunehmenden Automatisierungsgrad in der Branche verlagert sich die Produktion von Strukturbauteilen schrittweise hin zu flexiblen Produktionslinien und hochautomatisierten Geräten, um den Anforderungen einer groß angelegten Produktion mit hoher-Konsistenz gerecht zu werden.

 

 

Die Batterien neuer Energiefahrzeuge bestehen typischerweise aus Hunderten oder sogar Tausenden von Zellen. Daher ist die Konsistenz der Zellen entscheidend für die Leistung des gesamten Batteriemoduls und Batteriepakets. In diesem Anwendungsumfeld müssen die Fertigungspräzision und Qualitätsstabilität von Strukturbauteilen höchste Ansprüche erfüllen.

 

Bei der Herstellung von Automobilbatterien- müssen in der Regel Fehlerraten auf PPM-Ebene kontrolliert werden, was strenge Anforderungen an die Maßhaltigkeit, Schweißqualität und Dichtungszuverlässigkeit von Strukturkomponenten stellt. Beispielsweise wirkt sich bei prismatischen Batterien die Schweiß- und Dichtungsqualität zwischen der prismatischen Lithium-Batterieabdeckung und dem Zellgehäuse direkt auf die Luftdichtheit und Lebensdauer der Batterie aus.

 

Darüber hinaus muss die obere Abdeckungsstruktur während der Modulmontage auch Stromanschluss- und Sicherheitsschutzfunktionen bereitstellen; Daher müssen Strukturkomponenten wie die Batteriekastenabdeckung aus Aluminium eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen.

 

 

In den letzten Jahren sind die Kosten für Energiebatterien mit der rasanten Entwicklung der neuen Energiefahrzeugindustrie weiter gesunken. Die Kostenreduzierung bei Batteriesystemen beruht hauptsächlich auf drei Aspekten: Großserienfertigung, technologischer Fortschritt und Optimierung der Materialkosten.

 

In der Zellkostenstruktur machen die Strukturkomponentenkosten typischerweise etwa 8 % der Zellkosten aus. Obwohl die Rohstoffpreise (wie Aluminium, Kupfer und Stahl) nicht wesentlich gesunken sind, zeigen die Gesamtkosten von Strukturbauteilen durch automatisierte Produktion, verbesserte Materialausnutzung und optimierte Produktionseffizienz immer noch einen Abwärtstrend.

 

Beispielsweise kann die Optimierung des Materiallayoutdesigns die Aluminiumausnutzung erheblich verbessern und dadurch die Produktstückkosten senken. Bei Batterieverpackungssystemen ist eine verbesserte Produktionseffizienz der Batterieabdeckplatte und der zugehörigen oberen Abdeckungskomponenten ein Schlüsselfaktor für die Kostensenkung in der Strukturkomponentenindustrie.

 

 

Bei Batteriestrukturen mit starrem -Gehäuse ist die obere Abdeckungskomponente der technologisch fortschrittlichste Teil. Die obere Abdeckung versiegelt nicht nur die Batteriezelle, sondern integriert auch mehrere wichtige Funktionsmodule.

 

Erstens sorgt es für Abdichtung und Fixierung. Nachdem die Batteriezelle zusammengebaut ist, wird die obere Abdeckung per Laser-mit dem Aluminiumgehäuse verschweißt, wodurch eine vollständig versiegelte Struktur entsteht. Komponenten wie der Prismatic Lithium Battery Annexe spielen diese Rolle in ihrem strukturellen Design.

 

Zweitens sorgt es für die Stromleitung. Die Anschlüsse in der oberen Abdeckung sind über Verbindungslaschen mit den Batteriezellenlaschen verschweißt und ermöglichen so die Stromleitung innerhalb der Batteriezelle und den Anschluss an die Sammelschiene auf Modulebene.

 

Darüber hinaus integriert die obere Abdeckung mehrere Sicherheitsschutzstrukturen. Beispielsweise können explosionssichere Platten und Flip-Over-Platten den Druck entlasten oder den Strom unterbrechen, wenn der Innendruck der Batterie ungewöhnlich ansteigt, wodurch das Risiko eines thermischen Durchgehens der Batterie verringert wird. In einigen Designs wird die obere Abdeckungsbaugruppe auch als LFP-Sicherheitsabdeckungsset bezeichnet und als Sicherheitsschutzstruktur in Lithium-Eisenphosphat-Batteriesystemen verwendet.

 

 

Im Vergleich zur oberen Abdeckungsbaugruppe ist der Herstellungsprozess des Batteriegehäuses relativ einfach, wobei im Allgemeinen ein kontinuierlicher Streckprozess zur Herstellung von Aluminiumgehäusestrukturen verwendet wird. Da jedoch die Energiedichte der Batterien weiter zunimmt, werden auch die Anforderungen an die Leistung des Gehäusematerials immer strenger.

 

Derzeit optimiert die Industrie die Formulierung von Aluminiumlegierungsmaterialien, um die Festigkeit, Zähigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit des Gehäuses zu verbessern. Gleichzeitig verlagern einige Designs die explosionssichere Struktur von der oberen Abdeckung an den Gehäusestandort, um die Sicherheit des Batteriesystems weiter zu erhöhen.

 

Mit der anhaltenden Expansion der neuen Energiefahrzeug- und Energiespeicherindustrien werden Batteriestrukturkomponenten hinsichtlich Materialleistung, Strukturdesign und Herstellungsprozessen weiter verbessert, und wichtige Strukturkomponenten wie Lithium-Ionen-Batterieabdeckplatten werden eine immer wichtigere Rolle im Sicherheitssystem für Energiebatterien spielen.

 

 

 

Wir sind auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung von Strukturkomponenten für neue Energiebatterien spezialisiert. Unsere Produkte decken ein breites Spektrum an oberen Abdeckungen für Leistungsbatterien und Strukturkomponentenlösungen ab, darunter Abdeckplatten für Leistungsbatterien, prismatische Lithiumbatteriedeckel, obere Deckel für prismatische Batteriezellen und Batterieabdeckungen aus Aluminium. Durch den Einsatz ausgereifter Präzisionsstanz-, Laserschweiß- und automatisierter Montageprozesse können wir äußerst zuverlässige Leistungen erbringenAbdeckplatten für Lithium--Ionen-Batterienund maßgeschneiderte Strukturkomponenten für neue Energiefahrzeuge, Elektrowerkzeuge und Energiespeichersysteme, die Kunden dabei helfen, sicherere und effizientere Batteriesystemdesigns zu erreichen.