Перегляди: 0 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2026-04-03 Походження: Сайт
Анотація: У міру швидкого розвитку нових енергетичних транспортних засобів (NEV) і великомасштабних систем накопичення енергії (ESS) модулі силових акумуляторів стикаються з дедалі суворішими вимогами щодо передачі сильного струму, керування температурою та надійності з’єднання. Традиційні однометалічні з’єднувальні матеріали (такі як чистий нікель або чиста мідь) не можуть задовольнити комплексні вимоги до продуктивності акумуляторних блоків з високою щільністю енергії. У цій статті систематично досліджуються мікроскопічні межфазні характеристики, електротермічні фізичні властивості та переваги застосування мідно-нікелевих біметалічних композитів у складанні багатоелементних батарей. Дослідження показують, що мідно-нікелеві композитні смуги та шини, виготовлені за допомогою передових процесів наплавлення та штампування, забезпечують чудове металургійне з’єднання. Вони значно зменшують внутрішній опір системи, одночасно ідеально вирішуючи проблеми зі зварюванням, пов’язані з матеріалами з високим ступенем відбивання, забезпечуючи ідеальне рішення на рівні матеріалу для структурної стабільності та безпеки акумуляторних блоків.
Під час складання модулів літій-іонних акумуляторів послідовне та паралельне з’єднання елементів є критичними факторами, що визначають вихідну потужність і безпеку всієї системи. Наразі основні з’єднувальні матеріали в галузі стикаються з такими технічними вузькими місцями:
Чистий нікель: хоча він може похвалитися чудовою стійкістю до окислення та видатними характеристиками точкового/лазерного зварювання, його питомий електричний опір є відносно високим. За умов сильного струму заряду/розряду з’єднувачі з чистого нікелю створюють значний джоулев нагрів, що призводить не тільки до втрати енергії, але й до високого ризику перегріву.
Чиста мідь: має надзвичайно низький питомий електричний опір і чудову теплопровідність. Однак мідь має дуже низький рівень поглинання лазерного випромінювання (в інфрачервоному спектрі) і схильна до «прилипання електродів» і помилкового зварювання під час традиційного контактного точкового зварювання. Це призводить до низької продуктивності обробки, що ускладнює пряме застосування у великих автоматизованих виробничих лініях.
Щоб подолати фізичні обмеження цих однометалевих матеріалів, мідно-нікелеві біметалічні композити стали дослідницькою точкою та основним промисловим застосуванням у сфері матеріалів для з’єднання акумуляторів.
Основна технологія мідно-нікелевих композитів полягає в якості з’єднання двох металевих поверхонь. Сучасні високоякісні мідно-нікелеві композитні смуги, як правило, виготовляються за допомогою методів холодної прокатки або гарячої прокатки.
За допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) межа розділу високоякісних мідно-нікелевих композитів демонструє щільність, без пустот. Оскільки і мідь (Cu), і нікель (Ni) мають гранецентровану кубічну (FCC) кристалічну решітку та дуже подібні атомні радіуси, атоми двох металів дифундують на межі розділу під тиском і термічною обробкою в процесі плакування, утворюючи надтонкий перехідний шар твердого розчину. Це металургійне з’єднання не тільки надає матеріалу надзвичайно високу міжшарову міцність на відрив — ефективно запобігаючи розшаруванню під час наступних процесів штампування та згинання — але також гарантує відсутність додаткового контактного опору, коли електрони проходять через межу розділу (тобто досягнення хорошого омічного контакту).
У мідно-нікелевій біметалевій структурі базовий шар із чистої міді, на який припадає більша частка товщини, бере на себе понад 85% струмопровідного завдання. У порівнянні з пластинами з чистого нікелю тих самих розмірів, використання композитної структури може зменшити загальний внутрішній опір з’єднувача більш ніж на 60%. Ця характеристика наднизького внутрішнього опору значно покращує продуктивність C-швидкості заряду та розряду акумуляторного модуля та ефективно зменшує втрати в лінії.
У блоках силових батарей накопичення тепла є основним фактором, що викликає нещасні випадки. Мідно-нікелева біметалева збірна шина використовує високу теплопровідність міді для швидкого проведення та розсіювання локалізованого тепла, що виділяється терміналами елемента під час заряджання та розряджання по всій поверхні конструкції. У поєднанні з системами рідинного або повітряного охолодження акумуляторної батареї це значно знижує максимальну температуру модуля та різницю температур.
Точно покритий локалізований шар нікелю повністю усуває труднощі зварювання чистої міді. Нікелевий шар може стабільно поглинати лазерну енергію та забезпечувати належний контактний опір під час контактного точкового зварювання для створення зварного шару. Дані випробувань показують, що при використанні мідно-нікелевих композитів для точкового зварювання осередків тягове зусилля зварювання значно перевищує галузеві стандарти. Крім того, плями зварювання є гладкими та без бризок, що значно покращує коефіцієнт придатності багатоотворних акумуляторних шин на автоматизованих виробничих лініях.
Завдяки згаданій вище чудовій всебічній продуктивності індивідуальні прецизійні мідно-нікелеві біметалічні штамповані деталі широко застосовуються в наступних передових галузях:
Акумуляторні батареї для електромобілів (EV і HEV): служать струмоприймачами та шинами для багатокомпонентних модулів (таких як 18650, 21700 і 4680 великих циліндричних елементів), забезпечуючи стійкі до вібрації фізичні з’єднання з великим струмом.
Системи накопичення енергії (ESS): забезпечення стабільності підключення та надзвичайно низького тепловиділення протягом тривалого життєвого циклу в високовольтних шафах зберігання енергії великої ємності.
Легка рухова сила та мікромобільність (електровелосипеди та електроінструменти): компактні та ефективні електропровідні з’єднувальні рішення для акумуляторних блоків з обмеженим простором.
Завдяки геніальному структурному дизайну та вдосконаленим процесам плакування мідно-нікелеві біметалічні композити успішно досягають ідеального поєднання 'високої електро- та теплопровідності' і 'високонадійного зварювання'. Це долає властиві обмеження однометалевих матеріалів у інженерних застосуваннях, забезпечуючи широкий ступінь свободи для проектування потужних акумуляторних модулів з високою щільністю енергії. У майбутньому, з подальшим удосконаленням точності облицювання рулонів і вдосконаленням локалізованих нікелевих вставок і спеціалізованих технологій штампування, мідно-нікелеві біметалічні з’єднувачі неминуче відіграватимуть ще більш незамінну роль у новому глобальному ланцюжку постачання енергії.
