Dải niken đóng các chức năng cốt lõi như kết nối điện, hỗ trợ cấu trúc và bảo vệ an toàn trong pin xe năng lượng mới (đặc biệt là pin điện).Hiệu suất của chúng trực tiếp ảnh hưởng đến độ tin cậySau đây là một phân tích chi tiết từ hai khía cạnh: các kịch bản ứng dụng cụ thể và các yêu cầu kỹ thuật:
I. Ứng dụng đặc biệt các dải niken trong pin xe năng lượng mới
1- Kết nối điện giữa các tế bào pin: hàn tab điện cực và thanh bus
Kịch bản ứng dụng:
Kết nối các tab điện cực dương và âm (tab nhôm dương, tab đồng âm) của một pin pin đơn với thanh bus trong mô-đun để tạo ra một đường dẫn điện.
Trường hợp điển hình: Trong mô-đun pin 4680 của Tesla,dải nikenkết nối các tab pin với các thanh bus thép không gỉ thông qua hàn laser, hỗ trợ dòng xả liên tục lên đến 150A.
Vai trò chính:
Giảm kháng tiếp xúc (mục tiêu < 2mΩ), giảm mất năng lượng và cải thiện hiệu quả pin.
Phân tán mật độ dòng để tránh quá nóng cục bộ của các tab (chẳng hạn như kiểm soát nhiệt độ ở ≤ 80 °C trong quá trình sạc nhanh).
2. Đặt cấu trúc mô-đun và đệm căng thẳng
Các kịch bản ứng dụng:
Là một phần kết nối giữa các tế bào, vị trí của tế bào được cố định bằng hàn điểm hoặc hàn laser,thường được sử dụng trong pin vỏ nhôm hình vuông (như module CATL CTP) và pin gói mềm (như pin túi LG New Energy).
Chức năng chính:
Thấm được sự mở rộng khối lượng của tế bào trong quá trình sạc và xả (khoảng 10% ~ 15%) để ngăn chặn tab bị vỡ hoặc niêm mạc bị đâm.
Cung cấp hỗ trợ cơ học để đảm bảo sự ổn định cấu trúc của mô-đun dưới sự rung động (chẳng hạn như lái xe có gồ ghề, tần số rung động 5 ~ 2000Hz).
3Các thành phần bảo vệ an toàn: dây an toàn và bảo vệ quá tải
Các kịch bản ứng dụng:
Được thiết kế như một dây đai niken có thể hợp nhất (chẳng hạn như một cấu trúc mỏng hoặc rỗng tại địa phương), nó được kết nối theo chuỗi trong mạch pin.
Chức năng chính:
Khi dòng điện vượt quá ngưỡng (chẳng hạn như dòng điện mạch ngắn > 500A), dây đai niken tan chảy trước tế bào, cắt mạch và ngăn chặn thoát nhiệt.
Thời gian phản ứng phải được kiểm soát trong vòng 10ms và kháng cách nhiệt sau khi tan chảy phải ≥ 100MΩ để đảm bảo an toàn.
4. Tích hợp hệ thống quản lý nhiệt
Các kịch bản ứng dụng:
Là một môi trường chuyển nhiệt, nó chuyển nhiệt từ pin pin sang tấm hoặc vỏ làm mát nước của mô-đun và được sử dụng kết hợp với mỡ silicon dẫn nhiệt.
Chức năng chính:
Tính dẫn nhiệt phải là ≥ 90W/(m・K), và mục tiêu là kiểm soát sự khác biệt nhiệt độ giữa các tế bào pin đến ≤ 2 °C để tránh sự suy giảm công suất do quá nóng địa phương.
Một số dải niken được thiết kế như cấu trúc microchannel và được nhúng trong các ống làm mát chất lỏng để cải thiện hiệu quả tiêu hao nhiệt (như giải pháp làm mát gián tiếp của pin BYD).
5Các yêu cầu về quy trình và độ tin cậy
Độ chính xác kích thước: dung sai độ dày ± 5% (chẳng hạn như 0,1 mm)dải nikendung sai ± 0,005mm), dung sai chiều rộng ± 0,1mm, để đảm bảo khả năng thích nghi của thiết bị hàn tự động.
Chất lượng bề mặt:
Độ thô Ra≤1,6μm, tránh các vết đục xuyên qua ngăn âm;
Không có màu oxy hóa, vết bẩn dầu, bề mặt hàn cần phải được điện áp bằng hợp kim niken-phốt pho (trần dày 2 ~ 5μm) để cải thiện độ tin cậy hàn.
Khả năng truy xuất: Số lô, thành phần hóa học (Ni ≥ 99,5%, tạp chất Fe ≤ 0,1%, Cu ≤ 0,05%),Dữ liệu về tính chất cơ học và tính chất của dải niken cần phải được ghi lại để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống quản lý chất lượng IATF 16949.
II. Những thách thức và giải pháp kỹ thuật điển hình
1. Yêu cầu siêu mỏng dưới mật độ năng lượng cao
Thách thức: Để tăng mật độ năng lượng của bộ pin (mục tiêu ≥300Wh/kg), độ dày củadải nikencần phải được giảm từ 0,15mm xuống dưới 0,08mm, nhưng nó dễ dàng gây ra một sự suy giảm sức mạnh.
Giải pháp:
Sử dụng quy trình cán lạnh + sơn để cải thiện độ bền và độ dẻo dai thông qua tinh chế hạt (kích thước hạt trung bình ≤10μm).
Phát triển băng kết hợp niken-graphene. 5% graphene có thể tăng độ bền kéo lên 30%, trong khi duy trì độ dẫn trên 95%.
2. Tối ưu hóa phân tán nhiệt trong các kịch bản sạc nhanh
Thách thức: Trong quá trình sạc siêu nhanh 480kW, nhiệt độ của điểm kết nối băng niken có thể vượt quá 150 °C, dẫn đến oxy hóa niken hoặc thất bại khớp hàn.
Giải pháp:
Bọc bạc (mần 1 ~ 2μm) trên bề mặt băng niken làm tăng độ dẫn nhiệt lên 420W / ((m・K), và hiệu quả phân tán nhiệt tăng 50%.
Thiết kế một cấu trúc băng niken đan xen để tăng diện tích phân tán nhiệt và hợp tác với làm mát chất lỏng microchannel để giảm nhiệt độ điểm nóng hơn 20 °C.
3Công nghệ chống ăn mòn trong các yêu cầu về tuổi thọ dài
Thách thức: Trong pin có tuổi thọ chu kỳ ≥3000 lần, ăn mòn giữa hạt có thể xảy ra khi băng niken tiếp xúc lâu dài với chất điện giải.
Giải pháp:
Sử dụng công nghệ mạ niken chân không để tạo thành lớp phủ niken tinh khiết không xốp (trọng lượng ≥ 3μm) để ngăn chặn sự xâm nhập của chất điện giải.
Phát triển quy trình tăng cường phim thụ động, tăng độ dày phim NiO từ 5nm lên 20nm thông qua oxy hóa điện phân, và giảm tỷ lệ ăn mòn xuống còn 0,01μm / năm.
III. Xu hướng công nghệ trong tương lai
Đổi mới vật liệu:
Dải niken tinh thể nano (kích thước hạt < 100nm): độ bền tăng lên 800MPa, trong khi duy trì độ kéo dài 25%, thích nghi với các thông số kỹ thuật mỏng hơn (dưới 0,05mm).
Dải hợp chất ống nano niken-carbon: độ dẫn điện tăng lên 6,5 × 107 S / m, đáp ứng các yêu cầu trở kháng thấp của nền tảng điện áp cao 800V.
Nâng cấp quy trình:
hàn siêu âm thông minh: giám sát thời gian thực của sức mạnh hàn và độ phình thông qua các thuật toán AI, tăng năng suất hàn từ 95% lên 99,5%.
Sản xuất phụ giadải niken: in 3D các dải niken cấu trúc phức tạp (chẳng hạn như các kênh phân tán nhiệt xoắn ốc) để thích nghi với các thiết kế mô-đun pin có hình dạng đặc biệt.
Phát triển bền vững:
Phát triển dải niken không điện: tạo lớp niken trực tiếp trên bề mặt của nền đồng thông qua lắng đọng hơi hóa học (CVD) để giảm ô nhiễm nước thải.
Cải thiện hệ thống tái chế dải niken: sử dụng công nghệ sưởi ấm cảm ứng điện từ để đạt được sự tách biệt không mất mát của dải niken và pin pin và tỷ lệ phục hồi vật liệu mục tiêu là ≥98%.
Tóm lại
Dải nikenlà một thành phần cốt lõi "không nhìn thấy nhưng quan trọng" trong pin xe năng lượng mới, và hiệu suất của nó phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của nhiều chiều như điện, cơ khí,và môi trườngVới sự phát triển của nền tảng điện áp cao 800V, công nghệ sạc siêu nhanh, và pin trạng thái rắn, dải niken sẽ được lặp lại theo hướng cực mỏng, sức mạnh cao,và tích hợp chức năng, và tiếp tục hỗ trợ những bước đột phá trong công nghệ pin điện. 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.
Dải niken đóng các chức năng cốt lõi như kết nối điện, hỗ trợ cấu trúc và bảo vệ an toàn trong pin xe năng lượng mới (đặc biệt là pin điện).Hiệu suất của chúng trực tiếp ảnh hưởng đến độ tin cậySau đây là một phân tích chi tiết từ hai khía cạnh: các kịch bản ứng dụng cụ thể và các yêu cầu kỹ thuật:
I. Ứng dụng đặc biệt các dải niken trong pin xe năng lượng mới
1- Kết nối điện giữa các tế bào pin: hàn tab điện cực và thanh bus
Kịch bản ứng dụng:
Kết nối các tab điện cực dương và âm (tab nhôm dương, tab đồng âm) của một pin pin đơn với thanh bus trong mô-đun để tạo ra một đường dẫn điện.
Trường hợp điển hình: Trong mô-đun pin 4680 của Tesla,dải nikenkết nối các tab pin với các thanh bus thép không gỉ thông qua hàn laser, hỗ trợ dòng xả liên tục lên đến 150A.
Vai trò chính:
Giảm kháng tiếp xúc (mục tiêu < 2mΩ), giảm mất năng lượng và cải thiện hiệu quả pin.
Phân tán mật độ dòng để tránh quá nóng cục bộ của các tab (chẳng hạn như kiểm soát nhiệt độ ở ≤ 80 °C trong quá trình sạc nhanh).
2. Đặt cấu trúc mô-đun và đệm căng thẳng
Các kịch bản ứng dụng:
Là một phần kết nối giữa các tế bào, vị trí của tế bào được cố định bằng hàn điểm hoặc hàn laser,thường được sử dụng trong pin vỏ nhôm hình vuông (như module CATL CTP) và pin gói mềm (như pin túi LG New Energy).
Chức năng chính:
Thấm được sự mở rộng khối lượng của tế bào trong quá trình sạc và xả (khoảng 10% ~ 15%) để ngăn chặn tab bị vỡ hoặc niêm mạc bị đâm.
Cung cấp hỗ trợ cơ học để đảm bảo sự ổn định cấu trúc của mô-đun dưới sự rung động (chẳng hạn như lái xe có gồ ghề, tần số rung động 5 ~ 2000Hz).
3Các thành phần bảo vệ an toàn: dây an toàn và bảo vệ quá tải
Các kịch bản ứng dụng:
Được thiết kế như một dây đai niken có thể hợp nhất (chẳng hạn như một cấu trúc mỏng hoặc rỗng tại địa phương), nó được kết nối theo chuỗi trong mạch pin.
Chức năng chính:
Khi dòng điện vượt quá ngưỡng (chẳng hạn như dòng điện mạch ngắn > 500A), dây đai niken tan chảy trước tế bào, cắt mạch và ngăn chặn thoát nhiệt.
Thời gian phản ứng phải được kiểm soát trong vòng 10ms và kháng cách nhiệt sau khi tan chảy phải ≥ 100MΩ để đảm bảo an toàn.
4. Tích hợp hệ thống quản lý nhiệt
Các kịch bản ứng dụng:
Là một môi trường chuyển nhiệt, nó chuyển nhiệt từ pin pin sang tấm hoặc vỏ làm mát nước của mô-đun và được sử dụng kết hợp với mỡ silicon dẫn nhiệt.
Chức năng chính:
Tính dẫn nhiệt phải là ≥ 90W/(m・K), và mục tiêu là kiểm soát sự khác biệt nhiệt độ giữa các tế bào pin đến ≤ 2 °C để tránh sự suy giảm công suất do quá nóng địa phương.
Một số dải niken được thiết kế như cấu trúc microchannel và được nhúng trong các ống làm mát chất lỏng để cải thiện hiệu quả tiêu hao nhiệt (như giải pháp làm mát gián tiếp của pin BYD).
5Các yêu cầu về quy trình và độ tin cậy
Độ chính xác kích thước: dung sai độ dày ± 5% (chẳng hạn như 0,1 mm)dải nikendung sai ± 0,005mm), dung sai chiều rộng ± 0,1mm, để đảm bảo khả năng thích nghi của thiết bị hàn tự động.
Chất lượng bề mặt:
Độ thô Ra≤1,6μm, tránh các vết đục xuyên qua ngăn âm;
Không có màu oxy hóa, vết bẩn dầu, bề mặt hàn cần phải được điện áp bằng hợp kim niken-phốt pho (trần dày 2 ~ 5μm) để cải thiện độ tin cậy hàn.
Khả năng truy xuất: Số lô, thành phần hóa học (Ni ≥ 99,5%, tạp chất Fe ≤ 0,1%, Cu ≤ 0,05%),Dữ liệu về tính chất cơ học và tính chất của dải niken cần phải được ghi lại để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống quản lý chất lượng IATF 16949.
II. Những thách thức và giải pháp kỹ thuật điển hình
1. Yêu cầu siêu mỏng dưới mật độ năng lượng cao
Thách thức: Để tăng mật độ năng lượng của bộ pin (mục tiêu ≥300Wh/kg), độ dày củadải nikencần phải được giảm từ 0,15mm xuống dưới 0,08mm, nhưng nó dễ dàng gây ra một sự suy giảm sức mạnh.
Giải pháp:
Sử dụng quy trình cán lạnh + sơn để cải thiện độ bền và độ dẻo dai thông qua tinh chế hạt (kích thước hạt trung bình ≤10μm).
Phát triển băng kết hợp niken-graphene. 5% graphene có thể tăng độ bền kéo lên 30%, trong khi duy trì độ dẫn trên 95%.
2. Tối ưu hóa phân tán nhiệt trong các kịch bản sạc nhanh
Thách thức: Trong quá trình sạc siêu nhanh 480kW, nhiệt độ của điểm kết nối băng niken có thể vượt quá 150 °C, dẫn đến oxy hóa niken hoặc thất bại khớp hàn.
Giải pháp:
Bọc bạc (mần 1 ~ 2μm) trên bề mặt băng niken làm tăng độ dẫn nhiệt lên 420W / ((m・K), và hiệu quả phân tán nhiệt tăng 50%.
Thiết kế một cấu trúc băng niken đan xen để tăng diện tích phân tán nhiệt và hợp tác với làm mát chất lỏng microchannel để giảm nhiệt độ điểm nóng hơn 20 °C.
3Công nghệ chống ăn mòn trong các yêu cầu về tuổi thọ dài
Thách thức: Trong pin có tuổi thọ chu kỳ ≥3000 lần, ăn mòn giữa hạt có thể xảy ra khi băng niken tiếp xúc lâu dài với chất điện giải.
Giải pháp:
Sử dụng công nghệ mạ niken chân không để tạo thành lớp phủ niken tinh khiết không xốp (trọng lượng ≥ 3μm) để ngăn chặn sự xâm nhập của chất điện giải.
Phát triển quy trình tăng cường phim thụ động, tăng độ dày phim NiO từ 5nm lên 20nm thông qua oxy hóa điện phân, và giảm tỷ lệ ăn mòn xuống còn 0,01μm / năm.
III. Xu hướng công nghệ trong tương lai
Đổi mới vật liệu:
Dải niken tinh thể nano (kích thước hạt < 100nm): độ bền tăng lên 800MPa, trong khi duy trì độ kéo dài 25%, thích nghi với các thông số kỹ thuật mỏng hơn (dưới 0,05mm).
Dải hợp chất ống nano niken-carbon: độ dẫn điện tăng lên 6,5 × 107 S / m, đáp ứng các yêu cầu trở kháng thấp của nền tảng điện áp cao 800V.
Nâng cấp quy trình:
hàn siêu âm thông minh: giám sát thời gian thực của sức mạnh hàn và độ phình thông qua các thuật toán AI, tăng năng suất hàn từ 95% lên 99,5%.
Sản xuất phụ giadải niken: in 3D các dải niken cấu trúc phức tạp (chẳng hạn như các kênh phân tán nhiệt xoắn ốc) để thích nghi với các thiết kế mô-đun pin có hình dạng đặc biệt.
Phát triển bền vững:
Phát triển dải niken không điện: tạo lớp niken trực tiếp trên bề mặt của nền đồng thông qua lắng đọng hơi hóa học (CVD) để giảm ô nhiễm nước thải.
Cải thiện hệ thống tái chế dải niken: sử dụng công nghệ sưởi ấm cảm ứng điện từ để đạt được sự tách biệt không mất mát của dải niken và pin pin và tỷ lệ phục hồi vật liệu mục tiêu là ≥98%.
Tóm lại
Dải nikenlà một thành phần cốt lõi "không nhìn thấy nhưng quan trọng" trong pin xe năng lượng mới, và hiệu suất của nó phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của nhiều chiều như điện, cơ khí,và môi trườngVới sự phát triển của nền tảng điện áp cao 800V, công nghệ sạc siêu nhanh, và pin trạng thái rắn, dải niken sẽ được lặp lại theo hướng cực mỏng, sức mạnh cao,và tích hợp chức năng, và tiếp tục hỗ trợ những bước đột phá trong công nghệ pin điện. 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.
