Qual è il ruolo della striscia di nichel in una batteria?
Le strisce di nichel sono ampiamente utilizzate nella produzione di batterie al litio, il che è altamente coerente con le sue proprietà fisiche e chimiche uniche e i requisiti funzionali delle batterie al litio. Di seguito è riportata un'analisi da due aspetti: ragioni fondamentali e funzioni specifiche:
I. Le ragioni fondamentali delle strisce di nichel nella produzione di batterie al litio
1. Eccellente conduttività e stabilità
Prestazioni di conduzione: la conduttività del nichel puro è di circa 5,9×10⁷ S/m (secondo solo a rame e argento), che può garantire un'efficiente trasmissione della corrente all'interno della batteria e ridurre la perdita di energia.
Stabilità ambientale: durante il processo di carica e scarica delle batterie al litio (soprattutto in scenari ad alta tensione e alta corrente), la fluttuazione di resistenza delle strisce di nichel è piccola e non è facile causare un contatto scadente a causa dei cambiamenti di temperatura (-40℃~85℃).
2. Buona resistenza alla corrosione e compatibilità chimica
Resistenza alla corrosione degli elettroliti: l'elettrolita delle batterie al litio è per lo più una soluzione di carbonato di esafluorofosfato di litio (LiPF₆), che è debolmente acida. Un film di passivazione di ossido di nichel (NiO) si forma facilmente sulla superficie delle strisce di nichel per prevenire un'ulteriore corrosione, mentre metalli come ferro e alluminio vengono facilmente corrotti dagli elettroliti.
Nessun rischio di reazione chimica: il nichel e il litio (Li) non hanno reazioni collaterali violente, evitando guasti dei materiali o rischi per la sicurezza (rispetto alle strisce di rame, che possono formare leghe con il litio, causando danni strutturali).
3. Eccellenti prestazioni di lavorazione e adattabilità alla saldatura
Ducilità: le strisce di nichel possono essere lavorate fino a spessori ultrasottili di 0,05~2 mm e non sono facili da rompere, adatte per la disposizione compatta dello spazio delle batterie di precisione (come batterie a sacchetto morbido e batterie cilindriche).
Affidabilità della saldatura: le strisce di nichel e le linguette (di solito alluminio o rame) e gli involucri (acciaio inossidabile/alluminio) possono essere saldamente collegati tramite saldatura a ultrasuoni e saldatura laser, e la resistenza alla trazione della saldatura può raggiungere 50~100 MPa, che è molto superiore ai tradizionali processi di rivettatura o incollaggio.
4. Equilibrio tra costi e sicurezza
Convenienza: sebbene il costo sia superiore a quello delle strisce di acciaio nichelato, è inferiore a quello delle strisce di rame puro e le prestazioni complete (conduttività, resistenza alla corrosione, saldatura) sono migliori, adatte alla produzione industriale su larga scala.
Ridondanza di sicurezza: le strisce di nichel hanno un certo grado di flessibilità, che può attutire l'espansione del volume della batteria durante la carica e la scarica (circa il 10%~20%), riducendo il rischio di rottura della linguetta o cortocircuito.
II. Il ruolo specifico delle strisce di nichel nelle batterie al litio
1. Collegamento delle linguette e conduzione della corrente
Scenario d'azione: collegare le linguette positive e negative con il circuito esterno (come la barra di collegamento del modulo batteria) per formare un percorso di corrente.
Valore chiave:
Garantire la connessione a bassa impedenza tra le linguette (foglio di alluminio positivo, foglio di rame negativo) e il conduttore esterno per ridurre la resistenza interna della batteria (di solito aumentare la resistenza interna di < 5 mΩ).
Disperdere la densità di corrente sulle linguette per evitare il surriscaldamento locale (ad esempio, quando si scarica con una corrente elevata, la striscia di nichel può controllare la temperatura a ≤60℃).
2. Supporto strutturale e fissaggio dei moduli batteria
Scenario d'azione: come pezzo di collegamento tra le celle nel modulo, fissare la posizione della cella e trasmettere lo stress meccanico.
Valore chiave:
Utilizzare la deformazione elastica della striscia di nichel per assorbire l'energia delle vibrazioni (come gli urti durante la guida dell'auto) e ridurre il rischio di perforazione del diaframma causata dallo spostamento della cella.
Le strisce di nichel ultrasottili (come 0,1 mm) possono adattarsi perfettamente alla superficie della cella, risparmiando spazio nel modulo e aumentando la densità di energia (circa 5~10 Wh/L).
3. Protezione della sicurezza e assistenza alla gestione termica
Protezione del fusibile: alcune strisce di nichel sono progettate come strutture fusibili (come aree cave o assottigliate). Quando la batteria è in sovracorrente (ad esempio, corrente di cortocircuito > 100 A), la striscia di nichel si fonderà prima della cella della batteria, interrompendo il circuito e prevenendo la fuga termica.
Conduzione del calore e dissipazione del calore: la conduttività termica della striscia di nichel è di 90 W/(m·K), che può trasferire il calore della cella della batteria all'involucro del modulo o alla piastra di raffreddamento ad acqua. Se utilizzato con colla termoconduttiva, la resistenza termica può essere ridotta del 30%~50%.
4. Compatibilità del processo e produzione standardizzata
Adattamento all'automazione: le strisce di nichel possono essere formate mediante punzonatura e laminazione ad alta velocità e possono adattarsi agli avvolgimenti, alla laminazione e ad altri processi automatizzati delle linee di produzione di batterie al litio, con un'efficienza di produzione di 50~100 pezzi/minuto.
Standard di settore unificati: i principali produttori di batterie al litio (come CATL e Panasonic) utilizzano strisce di nichel come materiali di collegamento standard per facilitare la collaborazione della catena di approvvigionamento e il controllo della qualità.
III. Tendenze future: aggiornamento delle prestazioni e innovazione dei materiali
Ultra-sottile e composito: sviluppare strisce di nichel con uno spessore inferiore a 0,03 mm o strisce composite nichel-rame-grafene, per migliorare ulteriormente la conduttività e la flessibilità.
Senza placcatura: sostituire la tradizionale placcatura in nichel con la tecnologia di nano-rivestimento (come il rivestimento simile al diamante) per ridurre i costi e migliorare la resistenza alla corrosione.
Riciclaggio: ricerca sulla tecnologia di smontaggio efficiente delle strisce di nichel (come la separazione per frattura fragile a bassa temperatura), con l'obiettivo di aumentare il tasso di recupero del nichel dall'attuale 70% a oltre il 95%, in linea con le esigenze dell'economia circolare.
Le strisce di nichel sono ancora lo "standard d'oro" dei materiali di collegamento delle batterie al litio con i loro vantaggi prestazionali completi e il loro ruolo è insostituibile. Man mano che la tecnologia delle batterie si sviluppa verso un'elevata densità di energia e una lunga durata, l'ottimizzazione delle prestazioni e l'applicazione innovativa delle strisce di nichel continueranno a essere al centro dell'attenzione del settore.
Qual è il ruolo della striscia di nichel in una batteria?
Le strisce di nichel sono ampiamente utilizzate nella produzione di batterie al litio, il che è altamente coerente con le sue proprietà fisiche e chimiche uniche e i requisiti funzionali delle batterie al litio. Di seguito è riportata un'analisi da due aspetti: ragioni fondamentali e funzioni specifiche:
I. Le ragioni fondamentali delle strisce di nichel nella produzione di batterie al litio
1. Eccellente conduttività e stabilità
Prestazioni di conduzione: la conduttività del nichel puro è di circa 5,9×10⁷ S/m (secondo solo a rame e argento), che può garantire un'efficiente trasmissione della corrente all'interno della batteria e ridurre la perdita di energia.
Stabilità ambientale: durante il processo di carica e scarica delle batterie al litio (soprattutto in scenari ad alta tensione e alta corrente), la fluttuazione di resistenza delle strisce di nichel è piccola e non è facile causare un contatto scadente a causa dei cambiamenti di temperatura (-40℃~85℃).
2. Buona resistenza alla corrosione e compatibilità chimica
Resistenza alla corrosione degli elettroliti: l'elettrolita delle batterie al litio è per lo più una soluzione di carbonato di esafluorofosfato di litio (LiPF₆), che è debolmente acida. Un film di passivazione di ossido di nichel (NiO) si forma facilmente sulla superficie delle strisce di nichel per prevenire un'ulteriore corrosione, mentre metalli come ferro e alluminio vengono facilmente corrotti dagli elettroliti.
Nessun rischio di reazione chimica: il nichel e il litio (Li) non hanno reazioni collaterali violente, evitando guasti dei materiali o rischi per la sicurezza (rispetto alle strisce di rame, che possono formare leghe con il litio, causando danni strutturali).
3. Eccellenti prestazioni di lavorazione e adattabilità alla saldatura
Ducilità: le strisce di nichel possono essere lavorate fino a spessori ultrasottili di 0,05~2 mm e non sono facili da rompere, adatte per la disposizione compatta dello spazio delle batterie di precisione (come batterie a sacchetto morbido e batterie cilindriche).
Affidabilità della saldatura: le strisce di nichel e le linguette (di solito alluminio o rame) e gli involucri (acciaio inossidabile/alluminio) possono essere saldamente collegati tramite saldatura a ultrasuoni e saldatura laser, e la resistenza alla trazione della saldatura può raggiungere 50~100 MPa, che è molto superiore ai tradizionali processi di rivettatura o incollaggio.
4. Equilibrio tra costi e sicurezza
Convenienza: sebbene il costo sia superiore a quello delle strisce di acciaio nichelato, è inferiore a quello delle strisce di rame puro e le prestazioni complete (conduttività, resistenza alla corrosione, saldatura) sono migliori, adatte alla produzione industriale su larga scala.
Ridondanza di sicurezza: le strisce di nichel hanno un certo grado di flessibilità, che può attutire l'espansione del volume della batteria durante la carica e la scarica (circa il 10%~20%), riducendo il rischio di rottura della linguetta o cortocircuito.
II. Il ruolo specifico delle strisce di nichel nelle batterie al litio
1. Collegamento delle linguette e conduzione della corrente
Scenario d'azione: collegare le linguette positive e negative con il circuito esterno (come la barra di collegamento del modulo batteria) per formare un percorso di corrente.
Valore chiave:
Garantire la connessione a bassa impedenza tra le linguette (foglio di alluminio positivo, foglio di rame negativo) e il conduttore esterno per ridurre la resistenza interna della batteria (di solito aumentare la resistenza interna di < 5 mΩ).
Disperdere la densità di corrente sulle linguette per evitare il surriscaldamento locale (ad esempio, quando si scarica con una corrente elevata, la striscia di nichel può controllare la temperatura a ≤60℃).
2. Supporto strutturale e fissaggio dei moduli batteria
Scenario d'azione: come pezzo di collegamento tra le celle nel modulo, fissare la posizione della cella e trasmettere lo stress meccanico.
Valore chiave:
Utilizzare la deformazione elastica della striscia di nichel per assorbire l'energia delle vibrazioni (come gli urti durante la guida dell'auto) e ridurre il rischio di perforazione del diaframma causata dallo spostamento della cella.
Le strisce di nichel ultrasottili (come 0,1 mm) possono adattarsi perfettamente alla superficie della cella, risparmiando spazio nel modulo e aumentando la densità di energia (circa 5~10 Wh/L).
3. Protezione della sicurezza e assistenza alla gestione termica
Protezione del fusibile: alcune strisce di nichel sono progettate come strutture fusibili (come aree cave o assottigliate). Quando la batteria è in sovracorrente (ad esempio, corrente di cortocircuito > 100 A), la striscia di nichel si fonderà prima della cella della batteria, interrompendo il circuito e prevenendo la fuga termica.
Conduzione del calore e dissipazione del calore: la conduttività termica della striscia di nichel è di 90 W/(m·K), che può trasferire il calore della cella della batteria all'involucro del modulo o alla piastra di raffreddamento ad acqua. Se utilizzato con colla termoconduttiva, la resistenza termica può essere ridotta del 30%~50%.
4. Compatibilità del processo e produzione standardizzata
Adattamento all'automazione: le strisce di nichel possono essere formate mediante punzonatura e laminazione ad alta velocità e possono adattarsi agli avvolgimenti, alla laminazione e ad altri processi automatizzati delle linee di produzione di batterie al litio, con un'efficienza di produzione di 50~100 pezzi/minuto.
Standard di settore unificati: i principali produttori di batterie al litio (come CATL e Panasonic) utilizzano strisce di nichel come materiali di collegamento standard per facilitare la collaborazione della catena di approvvigionamento e il controllo della qualità.
III. Tendenze future: aggiornamento delle prestazioni e innovazione dei materiali
Ultra-sottile e composito: sviluppare strisce di nichel con uno spessore inferiore a 0,03 mm o strisce composite nichel-rame-grafene, per migliorare ulteriormente la conduttività e la flessibilità.
Senza placcatura: sostituire la tradizionale placcatura in nichel con la tecnologia di nano-rivestimento (come il rivestimento simile al diamante) per ridurre i costi e migliorare la resistenza alla corrosione.
Riciclaggio: ricerca sulla tecnologia di smontaggio efficiente delle strisce di nichel (come la separazione per frattura fragile a bassa temperatura), con l'obiettivo di aumentare il tasso di recupero del nichel dall'attuale 70% a oltre il 95%, in linea con le esigenze dell'economia circolare.
Le strisce di nichel sono ancora lo "standard d'oro" dei materiali di collegamento delle batterie al litio con i loro vantaggi prestazionali completi e il loro ruolo è insostituibile. Man mano che la tecnologia delle batterie si sviluppa verso un'elevata densità di energia e una lunga durata, l'ottimizzazione delle prestazioni e l'applicazione innovativa delle strisce di nichel continueranno a essere al centro dell'attenzione del settore.
