Le strisce di nichel svolgono funzioni fondamentali come la connessione elettrica, il supporto strutturale e la protezione della sicurezza nelle batterie dei veicoli a nuova energia (in particolare le batterie di potenza).Le loro prestazioni influenzano direttamente l'affidabilità, durata e sicurezza della batteria. Si tratta di un'analisi dettagliata in due aspetti: scenari di applicazione specifici e requisiti tecnici:
I. Applicazione specifica di strisce di nichel nelle batterie dei veicoli a nuova energia
1- Connessione elettrica tra celle della batteria: saldatura delle schede degli elettrodi e della barra di carico
Scenario di applicazione:
Collegare le schede degli elettrodi positivi e negativi (schede positive in alluminio, schede negative in rame) di una singola cella della batteria con la barra di carico del modulo per formare un percorso di corrente.
Caso tipico: nel modulo della batteria 4680 di Tesla,di acciaiocollegare le schede delle celle della batteria alle barre di scarico in acciaio inossidabile mediante saldatura laser, supportando una corrente di scarica continua fino a 150 A.
Ruolo centrale:
Ridurre la resistenza al contatto (obiettivo < 2mΩ), ridurre le perdite di energia e migliorare l'efficienza della batteria.
Disperdere la densità di corrente per evitare un surriscaldamento locale delle schede (come il controllo della temperatura a ≤ 80°C durante la ricarica rapida).
2Fissazione della struttura del modulo e tamponamento delle sollecitazioni
Scenari di applicazione:
come elemento di collegamento tra le celle, la posizione della cella è fissata mediante saldatura a punto o saldatura laser,che è comunemente utilizzato nelle batterie a guscio quadrato in alluminio (come i moduli CATL CTP) e nelle batterie soft pack (come le batterie LG New Energy pouch).
Funzione principale:
Assorbire l'espansione del volume della cella durante la ricarica e la scarica (circa il 10% ~ 15%) per evitare che la scheda si rompa o che il diaframma venga perforato.
Fornire un supporto meccanico per garantire la stabilità strutturale del modulo sotto vibrazione (come la guida accidentata dell'auto, frequenza di vibrazione 5~2000Hz).
3- Componenti di protezione della sicurezza: cintura di fusibile e protezione da sovraccarico
Scenari di applicazione:
Progettato come una cintura di nichel fusibile (come una struttura localmente sottile o scavata), è collegato in serie nel circuito della batteria.
Funzione principale:
Quando la corrente supera la soglia (come la corrente di cortocircuito > 500A), la cintura di nichel si fusiona prima della cella, interrompe il circuito e impedisce la fuga termica.
Il tempo di risposta deve essere controllato entro 10 ms e la resistenza di isolamento dopo la fusione deve essere ≥ 100 MΩ per garantire la sicurezza.
4. Integrazione dei sistemi di gestione termica
Scenari di applicazione:
Come mezzo di trasferimento di calore, trasferisce il calore della cella della batteria alla piastra o al guscio di raffreddamento dell'acqua del modulo e viene utilizzato in combinazione con il grasso di silicone conduttivo termico.
Funzione principale:
La conduttività termica deve essere ≥ 90 W/m K e l'obiettivo è quello di controllare la differenza di temperatura tra le celle della batteria a ≤ 2 °C per evitare il decadimento della capacità causato dal surriscaldamento locale.
Alcune strisce di nichel sono progettate come strutture a microcanale e incorporate in tubi di raffreddamento liquido per migliorare l'efficienza di dissipazione del calore (come la soluzione di raffreddamento indiretto delle batterie BYD).
5Requisiti di processo e affidabilità
Accuratezza dimensionale: tolleranza dello spessore ± 5% (ad esempio 0,1 mm)strisce di nicheltolleranza ± 0,005 mm), tolleranza di larghezza ± 0,1 mm, per garantire l'adattabilità delle apparecchiature di saldatura automatizzate.
Qualità della superficie:
Roughness Ra≤1.6μm, evitare che le abrasioni perforino il diaframma;
Nessun colore di ossidazione, macchie di olio, la superficie di saldatura deve essere elettroplata con lega di nichel-fosforo (spessore di 2 ~ 5 μm) per migliorare l'affidabilità della saldatura.
Tracciabilità: numero del lotto, composizione chimica (Ni ≥ 99,5%, impurità Fe ≤ 0,1%, Cu ≤ 0,05%),I dati relativi alle proprietà meccaniche della striscia di nichel devono essere registrati per soddisfare i requisiti del sistema di gestione della qualità IATF 16949.
II. Sfide e soluzioni tecniche tipiche
1- esigenze di ultra-sottile sotto elevata densità energetica
Sfida: per aumentare la densità energetica della batteria (obiettivo ≥ 300Wh/kg), lo spessore dellastrisce di nichelIn questo caso è necessario ridurre da 0,15 mm a meno di 0,08 mm, ma è facile causare una diminuzione della resistenza.
Soluzione:
Utilizzare il processo di laminazione a freddo + ricottura per migliorare la resistenza e la duttilità attraverso la raffinazione del grano (dimensione media del grano ≤ 10 μm).
Sviluppare un nastro composito di nichel-grafene. Con un contenuto di 5% di grafene si può aumentare la resistenza alla trazione del 30%, mantenendo la conduttività superiore al 95%.
2. Ottimizzazione della dissipazione del calore in scenari di ricarica rapida
Sfida: durante la ricarica ultra-veloce da 480 kW, la temperatura del punto di connessione del nastro a nichel può superare i 150°C, con conseguente ossidazione del nichel o guasto delle giunzioni di saldatura.
Soluzione:
La placcatura in argento (spessore 1 ~ 2 μm) sulla superficie del nastro a nichel aumenta la conducibilità termica a 420W / (((m・K), e l'efficienza di dissipazione del calore aumenta del 50%.
Progettare una struttura di nastro nickel interdigitated per aumentare l'area di dissipazione del calore e cooperare con il raffreddamento liquido microcanale per ridurre la temperatura del punto caldo di oltre 20 °C.
3Tecnologia anticorrosione in condizioni di lunga durata
Sfida: nelle batterie con una durata di ciclo di ≥ 3000 volte, può verificarsi corrosione intergranulare quando il nikkel è in contatto a lungo termine con l'elettrolita.
Soluzione:
Utilizzare la tecnologia di nickelamento a vuoto per formare un rivestimento di nickel puro non poroso (spessore ≥ 3 μm) per evitare la penetrazione di elettroliti.
Sviluppare un processo di miglioramento della pellicola di passivazione, aumentare lo spessore della pellicola NiO da 5 nm a 20 nm attraverso l'ossidazione elettrolitica e ridurre il tasso di corrosione a 0,01 μm/anno.
III. Futuri tendenze tecnologiche
Innovazione materiale:
Striscia di nichel nanocristallino (dimensioni dei grani < 100 nm): la resistenza è aumentata a 800MPa, mantenendo un allungamento del 25%, adattandosi a specifiche più sottili (inferiori a 0,05 mm).
Striscia composita di nanotubi di nichel-carbonio: la conducibilità è aumentata a 6,5 × 107 S/m, soddisfacendo i requisiti di bassa impedenza della piattaforma ad alta tensione da 800 V.
Aggiornamento del processo:
Saldatura ad ultrasuoni intelligente: monitoraggio in tempo reale della potenza di saldatura e dell'ampiezza attraverso algoritmi di intelligenza artificiale, aumentando il rendimento delle giunture di saldatura dal 95% al 99,5%.
Fabbricazione additivastrisce di nichel: stampa 3D di strisce di nichel a struttura complessa (come i canali di dissipazione del calore a spirale) per adattarsi a progetti di moduli di batterie a forma speciale.
Sviluppo sostenibile:
Sviluppo di una striscia di nichel senza elettro: generazione di uno strato di nichel direttamente sulla superficie del substrato di rame mediante deposizione chimica di vapore (CVD) per ridurre l'inquinamento delle acque reflue.
Migliorare il sistema di riciclaggio delle strisce di nichel: utilizzare la tecnologia di riscaldamento per induzione elettromagnetica per ottenere una separazione senza perdite tra la striscia di nichel e la cella della batteria e il tasso di recupero del materiale target è ≥98%.
Riassunto
Strisce di nichelè un componente centrale "invisibile ma critico" delle batterie dei veicoli a nuova energia e le sue prestazioni devono soddisfare i requisiti rigorosi di molteplici dimensioni quali elettriche, meccaniche,e ambientaliCon lo sviluppo di piattaforme ad alta tensione da 800 V, tecnologia di ricarica ultra-veloce e batterie a stato solido, la striscia di nichel sarà ripetuta nella direzione di ultra-sottili, ad alta resistenza,e integrazione funzionale, e continuare a sostenere le innovazioni nella tecnologia delle batterie di potenza. 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.
Le strisce di nichel svolgono funzioni fondamentali come la connessione elettrica, il supporto strutturale e la protezione della sicurezza nelle batterie dei veicoli a nuova energia (in particolare le batterie di potenza).Le loro prestazioni influenzano direttamente l'affidabilità, durata e sicurezza della batteria. Si tratta di un'analisi dettagliata in due aspetti: scenari di applicazione specifici e requisiti tecnici:
I. Applicazione specifica di strisce di nichel nelle batterie dei veicoli a nuova energia
1- Connessione elettrica tra celle della batteria: saldatura delle schede degli elettrodi e della barra di carico
Scenario di applicazione:
Collegare le schede degli elettrodi positivi e negativi (schede positive in alluminio, schede negative in rame) di una singola cella della batteria con la barra di carico del modulo per formare un percorso di corrente.
Caso tipico: nel modulo della batteria 4680 di Tesla,di acciaiocollegare le schede delle celle della batteria alle barre di scarico in acciaio inossidabile mediante saldatura laser, supportando una corrente di scarica continua fino a 150 A.
Ruolo centrale:
Ridurre la resistenza al contatto (obiettivo < 2mΩ), ridurre le perdite di energia e migliorare l'efficienza della batteria.
Disperdere la densità di corrente per evitare un surriscaldamento locale delle schede (come il controllo della temperatura a ≤ 80°C durante la ricarica rapida).
2Fissazione della struttura del modulo e tamponamento delle sollecitazioni
Scenari di applicazione:
come elemento di collegamento tra le celle, la posizione della cella è fissata mediante saldatura a punto o saldatura laser,che è comunemente utilizzato nelle batterie a guscio quadrato in alluminio (come i moduli CATL CTP) e nelle batterie soft pack (come le batterie LG New Energy pouch).
Funzione principale:
Assorbire l'espansione del volume della cella durante la ricarica e la scarica (circa il 10% ~ 15%) per evitare che la scheda si rompa o che il diaframma venga perforato.
Fornire un supporto meccanico per garantire la stabilità strutturale del modulo sotto vibrazione (come la guida accidentata dell'auto, frequenza di vibrazione 5~2000Hz).
3- Componenti di protezione della sicurezza: cintura di fusibile e protezione da sovraccarico
Scenari di applicazione:
Progettato come una cintura di nichel fusibile (come una struttura localmente sottile o scavata), è collegato in serie nel circuito della batteria.
Funzione principale:
Quando la corrente supera la soglia (come la corrente di cortocircuito > 500A), la cintura di nichel si fusiona prima della cella, interrompe il circuito e impedisce la fuga termica.
Il tempo di risposta deve essere controllato entro 10 ms e la resistenza di isolamento dopo la fusione deve essere ≥ 100 MΩ per garantire la sicurezza.
4. Integrazione dei sistemi di gestione termica
Scenari di applicazione:
Come mezzo di trasferimento di calore, trasferisce il calore della cella della batteria alla piastra o al guscio di raffreddamento dell'acqua del modulo e viene utilizzato in combinazione con il grasso di silicone conduttivo termico.
Funzione principale:
La conduttività termica deve essere ≥ 90 W/m K e l'obiettivo è quello di controllare la differenza di temperatura tra le celle della batteria a ≤ 2 °C per evitare il decadimento della capacità causato dal surriscaldamento locale.
Alcune strisce di nichel sono progettate come strutture a microcanale e incorporate in tubi di raffreddamento liquido per migliorare l'efficienza di dissipazione del calore (come la soluzione di raffreddamento indiretto delle batterie BYD).
5Requisiti di processo e affidabilità
Accuratezza dimensionale: tolleranza dello spessore ± 5% (ad esempio 0,1 mm)strisce di nicheltolleranza ± 0,005 mm), tolleranza di larghezza ± 0,1 mm, per garantire l'adattabilità delle apparecchiature di saldatura automatizzate.
Qualità della superficie:
Roughness Ra≤1.6μm, evitare che le abrasioni perforino il diaframma;
Nessun colore di ossidazione, macchie di olio, la superficie di saldatura deve essere elettroplata con lega di nichel-fosforo (spessore di 2 ~ 5 μm) per migliorare l'affidabilità della saldatura.
Tracciabilità: numero del lotto, composizione chimica (Ni ≥ 99,5%, impurità Fe ≤ 0,1%, Cu ≤ 0,05%),I dati relativi alle proprietà meccaniche della striscia di nichel devono essere registrati per soddisfare i requisiti del sistema di gestione della qualità IATF 16949.
II. Sfide e soluzioni tecniche tipiche
1- esigenze di ultra-sottile sotto elevata densità energetica
Sfida: per aumentare la densità energetica della batteria (obiettivo ≥ 300Wh/kg), lo spessore dellastrisce di nichelIn questo caso è necessario ridurre da 0,15 mm a meno di 0,08 mm, ma è facile causare una diminuzione della resistenza.
Soluzione:
Utilizzare il processo di laminazione a freddo + ricottura per migliorare la resistenza e la duttilità attraverso la raffinazione del grano (dimensione media del grano ≤ 10 μm).
Sviluppare un nastro composito di nichel-grafene. Con un contenuto di 5% di grafene si può aumentare la resistenza alla trazione del 30%, mantenendo la conduttività superiore al 95%.
2. Ottimizzazione della dissipazione del calore in scenari di ricarica rapida
Sfida: durante la ricarica ultra-veloce da 480 kW, la temperatura del punto di connessione del nastro a nichel può superare i 150°C, con conseguente ossidazione del nichel o guasto delle giunzioni di saldatura.
Soluzione:
La placcatura in argento (spessore 1 ~ 2 μm) sulla superficie del nastro a nichel aumenta la conducibilità termica a 420W / (((m・K), e l'efficienza di dissipazione del calore aumenta del 50%.
Progettare una struttura di nastro nickel interdigitated per aumentare l'area di dissipazione del calore e cooperare con il raffreddamento liquido microcanale per ridurre la temperatura del punto caldo di oltre 20 °C.
3Tecnologia anticorrosione in condizioni di lunga durata
Sfida: nelle batterie con una durata di ciclo di ≥ 3000 volte, può verificarsi corrosione intergranulare quando il nikkel è in contatto a lungo termine con l'elettrolita.
Soluzione:
Utilizzare la tecnologia di nickelamento a vuoto per formare un rivestimento di nickel puro non poroso (spessore ≥ 3 μm) per evitare la penetrazione di elettroliti.
Sviluppare un processo di miglioramento della pellicola di passivazione, aumentare lo spessore della pellicola NiO da 5 nm a 20 nm attraverso l'ossidazione elettrolitica e ridurre il tasso di corrosione a 0,01 μm/anno.
III. Futuri tendenze tecnologiche
Innovazione materiale:
Striscia di nichel nanocristallino (dimensioni dei grani < 100 nm): la resistenza è aumentata a 800MPa, mantenendo un allungamento del 25%, adattandosi a specifiche più sottili (inferiori a 0,05 mm).
Striscia composita di nanotubi di nichel-carbonio: la conducibilità è aumentata a 6,5 × 107 S/m, soddisfacendo i requisiti di bassa impedenza della piattaforma ad alta tensione da 800 V.
Aggiornamento del processo:
Saldatura ad ultrasuoni intelligente: monitoraggio in tempo reale della potenza di saldatura e dell'ampiezza attraverso algoritmi di intelligenza artificiale, aumentando il rendimento delle giunture di saldatura dal 95% al 99,5%.
Fabbricazione additivastrisce di nichel: stampa 3D di strisce di nichel a struttura complessa (come i canali di dissipazione del calore a spirale) per adattarsi a progetti di moduli di batterie a forma speciale.
Sviluppo sostenibile:
Sviluppo di una striscia di nichel senza elettro: generazione di uno strato di nichel direttamente sulla superficie del substrato di rame mediante deposizione chimica di vapore (CVD) per ridurre l'inquinamento delle acque reflue.
Migliorare il sistema di riciclaggio delle strisce di nichel: utilizzare la tecnologia di riscaldamento per induzione elettromagnetica per ottenere una separazione senza perdite tra la striscia di nichel e la cella della batteria e il tasso di recupero del materiale target è ≥98%.
Riassunto
Strisce di nichelè un componente centrale "invisibile ma critico" delle batterie dei veicoli a nuova energia e le sue prestazioni devono soddisfare i requisiti rigorosi di molteplici dimensioni quali elettriche, meccaniche,e ambientaliCon lo sviluppo di piattaforme ad alta tensione da 800 V, tecnologia di ricarica ultra-veloce e batterie a stato solido, la striscia di nichel sarà ripetuta nella direzione di ultra-sottili, ad alta resistenza,e integrazione funzionale, e continuare a sostenere le innovazioni nella tecnologia delle batterie di potenza. 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.
