Die Analyse der Strukturkomponentenbranche für Lithium-Ionen-Batterien: Entwicklungstrends bei den Verpackungstechnologien für Aluminiumgehäuse, Beutelzellen und Leistungsbatterien

Mit dem schnellen Wachstum der Märkte für neue Energiefahrzeuge, Energiespeichersysteme, elektrische Zweiräder und industrielle Notstromversorgung sind Strukturkomponenten von Lithiumbatterien zu einem unverzichtbaren und entscheidenden Teil der Industriekette für Energiebatterien geworden. Als wichtige mechanische Schutz- und elektrische Verbindungskomponenten des Batteriesystems wirken sich Strukturkomponenten direkt auf die Sicherheitsleistung, die Dichtungsleistung, die Lebensdauer und die Energienutzungseffizienz der Batterie aus.

 

Zu den Strukturkomponenten von Lithiumbatterien gehören typischerweise das Zellgehäuse, die obere Abdeckungsbaugruppe, Anschlüsse, Verbindungslaschen, flexible Anschlüsse und Batterieverkapselungsmaterialien. Unter diesen sind Aluminiumgehäuse-Strukturkomponenten eine der am weitesten verbreiteten Lösungen im aktuellen Leistungsbatteriebereich und werden häufig in Aluminiumgehäusen für EV-Lithiumbatteriesätze, Energiespeichersysteme und Leistungsbatteriemodule für neue Energiefahrzeuge eingesetzt.
 

 

 

Strukturkomponenten von Lithiumbatterien beziehen sich auf Metall- oder Verbundmaterialteile, die zum Schutz der Zelle, zur Stromleitung, zur mechanischen Unterstützung und zum Schutz der Sicherheit dienen.

 

Basierend auf der Verpackungsform werden gängige Lithiumbatterien derzeit in drei Haupttypen unterteilt: prismatische Batterien, zylindrische Batterien und Beutelbatterien.

 

Quadratische und zylindrische Batterien verwenden typischerweise ein Hartmetallgehäuse, wobei ihre Kernstruktur aus dem Batteriegehäuse und einer Abdeckplatte besteht. Beutelbatterien hingegen verwenden eine Aluminium--Kunststofffolien-Einkapselungsstruktur, um ein leichteres Design zu erreichen.

 

Bei großen Energiespeichersystemen-verbessert die Verwendung eines Aluminiumgehäuses für Powerwall-Lithium-Batteriepakete effektiv die mechanische Festigkeit und die Umweltanpassungsfähigkeit des Batteriepakets und findet daher weit verbreitete Anwendung in der privaten und gewerblichen Energiespeicherung.

 

 

Powerbatterien speichern eine große Menge elektrischer Energie. Bei Überladung, Kurzschlüssen oder thermischem Durchgehen steigt der Innendruck der Zelle schnell an.

 

Strukturbauteile sichern nicht nur die Zellen, sondern erfüllen auch folgende Schlüsselfunktionen:

 

Stromleitung
Zellversiegelung
Druckentlastung
Kurzschlussschutz
Korrosionsschutz
Mechanische Unterstützung

 

Insbesondere bei Hochspannungsbatteriesystemen und Fahrzeugplattformen mit neuer Energie wirkt sich die Konstruktionsgenauigkeit struktureller Komponenten direkt auf die Gesamtsicherheitsleistung des Fahrzeugs aus.

 

Bei Stromversorgungssystemen, die Aluminiumgehäuse für Autobatterien verwenden, müssen Strukturkomponenten gleichzeitig mehrere Anforderungen erfüllen, darunter hohe Festigkeit, geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit.
 

 

 

Auf dem Markt für prismatische Batterien sind Aluminiumgehäuse zur gängigen Wahl geworden.

 

Aluminiumwerkstoffe sind leicht, verfügen über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und sind einfach zu verarbeiten. Sie erfüllen die doppelten Anforderungen einer hohen Energiedichte und eines leichten Designs für Energiebatterien.

 

Moderne Energiebatterien übernehmen weitgehend die Aluminiumgehäuselösung für prismatische Lithiumzellen und bilden durch Tiefzieh-, Stanz- und Präzisionsschweißprozesse eine vollständige Gehäusestruktur.

 

Für die neuen Energiebus- und Nutzfahrzeugsektoren sind Aluminiumgehäuse für LiFePO4-Batteriepacks von Elektrobussen zu einem wichtigen Anwendungsgebiet geworden, da ihre hoch{1}feste Struktur in der Lage ist, Langzeitvibrationen und komplexen Betriebsbedingungen standzuhalten.

 

Mittlerweile werden auch im Bereich der Energiespeicherbatterien zunehmend Aluminiumgehäuse für Lithium-Eisenphosphat-Batteriezellen eingesetzt, um die allgemeine Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Eisenphosphat-Batteriesystemen zu verbessern.

 

 

Bei einer Hartschalenbatteriestruktur ist die Abdeckung normalerweise der technologisch fortschrittlichste Teil.

Eine komplette Batterieabdeckungsbaugruppe umfasst normalerweise:

 

Terminals
Explosionsgeschütztes-Ventil
Sicherheitsventil
Stromunterbrechungsgerät
Isolierkomponenten

 

Wenn der Innendruck der Batterie ungewöhnlich ansteigt, kann die explosionssichere Struktur den Druck rechtzeitig abbauen und so das Risiko eines thermischen Durchgehens verringern.

 

Die Anschlüsse sind für die Stromübertragung verantwortlich und sorgen für eine stabile Verbindung zwischen der Zelle und dem externen Stromkreis.

Bei der Konstruktion großer LFP-Batteriegehäuse aus Aluminium bestimmen die Luftdichtheit und die Schweißqualität der Abdeckung häufig die Lebensdauer der gesamten Zelle.

 

 

Die Herstellung von Aluminiumgehäusen für Lithiumbatterien gehört zum typischen Bereich der Präzisionsmetallbearbeitung.

Zu den gängigen Prozessen gehören:

 

Präzisionsstanzen
Tiefziehen
Laserschweißen
CNC-Präzisionsbearbeitung
Oberflächenbehandlung

Die Tiefziehtechnologie bestimmt direkt die Maßhaltigkeit und Konsistenz der Schale.

 

Bei prismatischen LFP-Zellen-Aluminiumschalenprodukten werden die Maßtoleranzen normalerweise auf einen sehr kleinen Bereich beschränkt, um die Stabilität der anschließenden automatisierten Montage sicherzustellen.

 

Mit der Verbesserung der automatisierten Produktionsniveaus haben moderne Produktionslinien für Strukturbauteile weithin intelligente Inspektionssysteme eingeführt, um eine Fertigung mit hoher -Konsistenz zu erreichen.
 

 

 

Im Gegensatz zu Hartschalenbatterien verwenden Softpackbatterien eine Aluminium-Kunststofffolie zur Einkapselung.

 

Die Aluminium-{0}}Kunststofffolie besteht typischerweise aus einer Nylonschicht, einer Aluminiumfolienschicht und einer Polypropylenschicht und bietet gute Barriereeigenschaften und Flexibilität.

 

Die größten Vorteile von Softpack-Batterien sind:

Geringes Gewicht, hohe Energiedichte, flexibles Design und gute Sicherheitsleistung.

Daher werden sie häufig in der Unterhaltungselektronik, der High-End-Energiespeicherung und einigen neuen Energiefahrzeugbereichen eingesetzt.

 

Bei einigen leichten Anwendungen, wie z. B. Produkten im Zusammenhang mit Aluminiumgehäusen für wiederaufladbare LiFePO4-Akkus mit Soft-{0}}Packung, hängt die Wahl zwischen Soft-Pack- und Aluminium-{3}}Shell-Lösungen oft von spezifischen Anforderungen ab.

 

 

Quadratische Batterien bieten Vorteile wie eine kompakte Struktur, eine hohe Packungseffizienz und eine hohe Raumausnutzung, was sie zum Mainstream-Ansatz auf dem aktuellen Markt für neue Energiefahrzeuge macht.

 

Zylindrische Batterien verfügen über ausgereifte Herstellungsverfahren, eine hohe Konsistenz und eignen sich für die automatisierte Produktion im großen Maßstab. Viele prismatische Aluminiumgehäuse- und zylindrische Batteriesysteme von Samsung verwenden standardisierte Herstellungsverfahren, um die Produktstabilität zu gewährleisten.

 

Beutelbatterien bieten eine höhere Energiedichte und ein geringeres Gewicht, ihr Herstellungsprozess ist jedoch komplexer und erfordert hochwertigere Verpackungsmaterialien.

 

Aus Sicht der Marktentwicklung werden diese drei Technologierouten über einen längeren Zeitraum nebeneinander bestehen und differenzierte Layouts basierend auf unterschiedlichen Anwendungsszenarien bilden.

 

 

Mit dem anhaltenden Wachstum von Fahrzeugen mit neuer Energie, Energiespeichersystemen und intelligenter Transportausrüstung entwickeln sich die Strukturkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien in die folgenden Richtungen:

 

Anwendung von Aluminiumlegierungsmaterialien mit höherer-Festigkeit

Leichteres strukturelles Design

Höhere Automatisierung der Produktion

Höhere-dimensionale Konsistenzkontrolle

Überlegenes Sicherheitsschutzdesign

Höhere Materialausnutzung

 

Unabhängig davon, ob es sich um das Aluminiumgehäuse für LiFePO4-Akkus für Autos, das Aluminiumgehäuse für Elektrofahrrad-Akkus oder das Aluminiumgehäuse für Lithium-Prismenbatterien handelt, das in großen Energiespeichersystemen verwendet wird, werden alle in Zukunft weiter in Richtung höherer Präzision, höherer Zuverlässigkeit und niedrigerer Kosten verbessert.

 

 

Obwohl die Strukturkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien nicht den höchsten Anteil an den Batteriekosten ausmachen, sind sie doch entscheidende Grundkomponenten, die die Sicherheit, Stabilität und Lebensdauer der Batterie bestimmen. AusAluminiumgehäuse für Lithium--Ionenbatterienbis hin zu großformatigen Batteriemodulen, von Energiespeichersystemen bis hin zu Elektrofahrzeugen: Die Entwicklung der Strukturkomponententechnologie schreitet stets parallel zur Modernisierung der neuen Energiebranche voran. Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Herstellungsprozesse und der ständigen Innovation in der Materialtechnologie werden hochleistungsfähige Aluminiumschalenstrukturkomponenten in der zukünftigen Kette der neuen Energiebranche eine noch wichtigere Rolle spielen.