Las tiras de níquel desempeñan funciones fundamentales como la conexión eléctrica, el soporte estructural y la protección de la seguridad en las baterías de vehículos de nueva energía (especialmente las baterías de potencia).Su rendimiento afecta directamente a la fiabilidadEl siguiente es un análisis detallado desde dos aspectos: escenarios de aplicación específicos y requisitos técnicos:
I. Aplicación específica de las tiras de níquel en las baterías de los vehículos de nueva energía
1- Conexión eléctrica entre las celdas de la batería: soldadura de electrodos y barra
Escenario de aplicación:
Conectar las pestañas de electrodos positivos y negativos (pistas positivas de aluminio, pestañas negativas de cobre) de una sola célula de batería con la barra de bus en el módulo para formar una trayectoria de corriente.
Caso típico: en el módulo de batería 4680 de Tesla,bandas de níquelconectar las pestañas de las celdas de la batería a las barras de acero inoxidable mediante soldadura láser, soportando una corriente de descarga continua de hasta 150 A.
Función central:
Reducir la resistencia de contacto (objetivo < 2mΩ), reducir la pérdida de energía y mejorar la eficiencia de la batería.
Se dispersará la densidad de corriente para evitar el sobrecalentamiento local de las pestañas (por ejemplo, controlando la temperatura a ≤ 80 °C durante la carga rápida).
2Fijación de la estructura del módulo y amortiguamiento de tensión
Escenarios de aplicación:
Como pieza de conexión entre células, la posición de la célula se fija por soldadura puntual o por soldadura láser,que se utiliza comúnmente en baterías de caparazón de aluminio cuadrado (como módulos CATL CTP) y baterías de paquete blando (como las baterías de bolsa LG New Energy).
Función central:
Absorbir la expansión del volumen de la célula durante la carga y descarga (aproximadamente 10% ~ 15%) para evitar que la pestaña se rompa o que el diafragma se pinche.
Proporcionar un soporte mecánico para garantizar la estabilidad estructural del módulo bajo vibración (como conducción accidentada del automóvil, frecuencia de vibración 5~2000Hz).
3Componentes de protección de seguridad: cinturón de fusibles y protección contra sobrecorrientes
Escenarios de aplicación:
Diseñado como un cinturón de níquel fusible (como una estructura localmente delgada o hueca), está conectado en serie en el circuito de la batería.
Función central:
Cuando la corriente excede el umbral (como la corriente de cortocircuito > 500A), el cinturón de níquel se fusiona antes de la célula, corta el circuito y evita la fuga térmica.
El tiempo de respuesta debe controlarse dentro de los 10 ms y la resistencia de aislamiento después de la fusión debe ser ≥ 100 MΩ para garantizar la seguridad.
4. Integración del sistema de gestión térmica
Escenarios de aplicación:
Como medio de transferencia de calor, transfiere el calor de la célula de la batería a la placa o caparazón de refrigeración de agua del módulo, y se utiliza junto con grasa de silicona térmicamente conductiva.
Función central:
La conductividad térmica debe ser ≥ 90 W/(m・K), y el objetivo es controlar la diferencia de temperatura entre las celdas de la batería a ≤ 2 °C para evitar la descomposición de la capacidad causada por el sobrecalentamiento local.
Algunas tiras de níquel están diseñadas como estructuras de microcanales e incrustadas en tuberías de enfriamiento líquido para mejorar la eficiencia de disipación de calor (como la solución de enfriamiento indirecta de las baterías BYD).
5Requisitos de proceso y fiabilidad
Precisión dimensional: tolerancia de espesor ± 5% (como 0,1 mm)banda de níqueltolerancia ± 0,005 mm), tolerancia de anchura ± 0,1 mm, para garantizar la adaptabilidad del equipo de soldadura automática.
Calidad de la superficie:
La rugosidad Ra≤1,6μm, evitar las burras que perforen el diafragma.
No hay color de oxidación, manchas de aceite, la superficie de soldadura debe ser electrocutada con aleación de níquel-fósforo (espesor de la soldadura 2 ~ 5 μm) para mejorar la fiabilidad de la soldadura.
Trazabilidad: número del lote, composición química (Ni≥99,5%, impurezas Fe≤0,1%, Cu≤0,05%),Los datos de las propiedades mecánicas y de la cinta de níquel deben registrarse para cumplir con los requisitos del sistema de gestión de la calidad IATF 16949.
II. Desafíos y soluciones técnicas típicos
1Requisitos de ultra delgado bajo alta densidad energética
Desafío: Para aumentar la densidad energética del paquete de baterías (objetivo ≥ 300Wh/kg), el espesor de la batería debe serbanda de níquelLa resistencia de los neumáticos es de 0,15 mm a menos de 0,08 mm, pero es fácil de reducir.
Solución:
Utilice el proceso de laminación en frío + recocido para mejorar la resistencia y la ductilidad mediante el refinamiento de los granos (tamaño medio de los granos ≤ 10 μm).
Desarrollar cinta compuesta de níquel-grafeno. 5% de contenido de grafeno puede aumentar la resistencia a la tracción en un 30%, manteniendo la conductividad por encima del 95%.
2Optimización de la disipación de calor en escenarios de carga rápida
Desafío: durante la carga ultra rápida de 480 kW, la temperatura del punto de conexión de la cinta de níquel puede exceder los 150 °C, lo que resulta en la oxidación del níquel o en la falla de las juntas de soldadura.
Solución:
El revestimiento de plata ( espesor de 1 ~ 2 μm) en la superficie de la cinta de níquel aumenta la conductividad térmica a 420W / (((m・K), y la eficiencia de disipación de calor aumenta en un 50%.
Diseñar una estructura de cinta de níquel interdigitada para aumentar el área de disipación de calor y cooperar con el enfriamiento de líquido por microcanal para reducir la temperatura del punto caliente en más de 20 °C.
3Tecnología anticorrosión bajo requisitos de larga vida
Desafío: en baterías con una vida útil de ciclo ≥ 3000 veces, puede producirse corrosión intergranular cuando la cinta de níquel está en contacto a largo plazo con el electrolito.
Solución:
Se utilizará la tecnología de niquelado al vacío para formar un revestimiento de níquel puro no poroso ( espesor ≥ 3 μm) para evitar la penetración de electrolitos.
Desarrollar un proceso de mejora de la película de pasivación, aumentar el grosor de la película de NiO de 5 nm a 20 nm a través de la oxidación electrolítica y reducir la tasa de corrosión a 0,01 μm / año.
III. Tendencias tecnológicas futuras
Innovación material:
Banda de níquel nanocristalina (tamaño de grano < 100nm): la resistencia aumentó a 800MPa, manteniendo un alargamiento del 25%, adaptándose a especificaciones más delgadas (por debajo de 0,05 mm).
Banda compuesta de nanotubos de níquel y carbono: conductividad aumentada a 6,5 × 107 S/m, cumpliendo con los requisitos de baja impedancia de la plataforma de alto voltaje de 800 V.
Actualización del proceso:
Soldadura por ultrasonido inteligente: monitoreo en tiempo real de la potencia y la amplitud de soldadura a través de algoritmos de IA, aumentando el rendimiento de la unión de soldadura del 95% al 99,5%.
Fabricación aditivabanda de níquel: Impresión en 3D de tiras de níquel de estructura compleja (como canales de disipación de calor en espiral) para adaptarse a los diseños de módulos de baterías de forma especial.
Desarrollo sostenible:
Desarrollar una cinta de níquel sin electro: generar una capa de níquel directamente en la superficie del sustrato de cobre mediante deposición química de vapor (CVD) para reducir la contaminación de las aguas residuales.
Mejorar el sistema de reciclaje de la cinta de níquel: utilizar la tecnología de calentamiento por inducción electromagnética para lograr la separación sin pérdidas de la cinta de níquel y la pila de la batería y la tasa de recuperación del material objetivo es ≥98%.
Resumen de las actividades
Las demás:es un componente central "invisible pero crítico" de las baterías de los vehículos de nueva energía, y su rendimiento debe cumplir los requisitos estrictos de múltiples dimensiones, tales como eléctricas, mecánicas,y medioambientalesCon el desarrollo de la plataforma de alta tensión de 800 V, tecnología de carga ultra rápida y baterías de estado sólido, la tira de níquel se iterará en la dirección de ultra delgada, de alta resistencia,y la integración funcional, y seguirá apoyando los avances en la tecnología de baterías de potencia. 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.
Las tiras de níquel desempeñan funciones fundamentales como la conexión eléctrica, el soporte estructural y la protección de la seguridad en las baterías de vehículos de nueva energía (especialmente las baterías de potencia).Su rendimiento afecta directamente a la fiabilidadEl siguiente es un análisis detallado desde dos aspectos: escenarios de aplicación específicos y requisitos técnicos:
I. Aplicación específica de las tiras de níquel en las baterías de los vehículos de nueva energía
1- Conexión eléctrica entre las celdas de la batería: soldadura de electrodos y barra
Escenario de aplicación:
Conectar las pestañas de electrodos positivos y negativos (pistas positivas de aluminio, pestañas negativas de cobre) de una sola célula de batería con la barra de bus en el módulo para formar una trayectoria de corriente.
Caso típico: en el módulo de batería 4680 de Tesla,bandas de níquelconectar las pestañas de las celdas de la batería a las barras de acero inoxidable mediante soldadura láser, soportando una corriente de descarga continua de hasta 150 A.
Función central:
Reducir la resistencia de contacto (objetivo < 2mΩ), reducir la pérdida de energía y mejorar la eficiencia de la batería.
Se dispersará la densidad de corriente para evitar el sobrecalentamiento local de las pestañas (por ejemplo, controlando la temperatura a ≤ 80 °C durante la carga rápida).
2Fijación de la estructura del módulo y amortiguamiento de tensión
Escenarios de aplicación:
Como pieza de conexión entre células, la posición de la célula se fija por soldadura puntual o por soldadura láser,que se utiliza comúnmente en baterías de caparazón de aluminio cuadrado (como módulos CATL CTP) y baterías de paquete blando (como las baterías de bolsa LG New Energy).
Función central:
Absorbir la expansión del volumen de la célula durante la carga y descarga (aproximadamente 10% ~ 15%) para evitar que la pestaña se rompa o que el diafragma se pinche.
Proporcionar un soporte mecánico para garantizar la estabilidad estructural del módulo bajo vibración (como conducción accidentada del automóvil, frecuencia de vibración 5~2000Hz).
3Componentes de protección de seguridad: cinturón de fusibles y protección contra sobrecorrientes
Escenarios de aplicación:
Diseñado como un cinturón de níquel fusible (como una estructura localmente delgada o hueca), está conectado en serie en el circuito de la batería.
Función central:
Cuando la corriente excede el umbral (como la corriente de cortocircuito > 500A), el cinturón de níquel se fusiona antes de la célula, corta el circuito y evita la fuga térmica.
El tiempo de respuesta debe controlarse dentro de los 10 ms y la resistencia de aislamiento después de la fusión debe ser ≥ 100 MΩ para garantizar la seguridad.
4. Integración del sistema de gestión térmica
Escenarios de aplicación:
Como medio de transferencia de calor, transfiere el calor de la célula de la batería a la placa o caparazón de refrigeración de agua del módulo, y se utiliza junto con grasa de silicona térmicamente conductiva.
Función central:
La conductividad térmica debe ser ≥ 90 W/(m・K), y el objetivo es controlar la diferencia de temperatura entre las celdas de la batería a ≤ 2 °C para evitar la descomposición de la capacidad causada por el sobrecalentamiento local.
Algunas tiras de níquel están diseñadas como estructuras de microcanales e incrustadas en tuberías de enfriamiento líquido para mejorar la eficiencia de disipación de calor (como la solución de enfriamiento indirecta de las baterías BYD).
5Requisitos de proceso y fiabilidad
Precisión dimensional: tolerancia de espesor ± 5% (como 0,1 mm)banda de níqueltolerancia ± 0,005 mm), tolerancia de anchura ± 0,1 mm, para garantizar la adaptabilidad del equipo de soldadura automática.
Calidad de la superficie:
La rugosidad Ra≤1,6μm, evitar las burras que perforen el diafragma.
No hay color de oxidación, manchas de aceite, la superficie de soldadura debe ser electrocutada con aleación de níquel-fósforo (espesor de la soldadura 2 ~ 5 μm) para mejorar la fiabilidad de la soldadura.
Trazabilidad: número del lote, composición química (Ni≥99,5%, impurezas Fe≤0,1%, Cu≤0,05%),Los datos de las propiedades mecánicas y de la cinta de níquel deben registrarse para cumplir con los requisitos del sistema de gestión de la calidad IATF 16949.
II. Desafíos y soluciones técnicas típicos
1Requisitos de ultra delgado bajo alta densidad energética
Desafío: Para aumentar la densidad energética del paquete de baterías (objetivo ≥ 300Wh/kg), el espesor de la batería debe serbanda de níquelLa resistencia de los neumáticos es de 0,15 mm a menos de 0,08 mm, pero es fácil de reducir.
Solución:
Utilice el proceso de laminación en frío + recocido para mejorar la resistencia y la ductilidad mediante el refinamiento de los granos (tamaño medio de los granos ≤ 10 μm).
Desarrollar cinta compuesta de níquel-grafeno. 5% de contenido de grafeno puede aumentar la resistencia a la tracción en un 30%, manteniendo la conductividad por encima del 95%.
2Optimización de la disipación de calor en escenarios de carga rápida
Desafío: durante la carga ultra rápida de 480 kW, la temperatura del punto de conexión de la cinta de níquel puede exceder los 150 °C, lo que resulta en la oxidación del níquel o en la falla de las juntas de soldadura.
Solución:
El revestimiento de plata ( espesor de 1 ~ 2 μm) en la superficie de la cinta de níquel aumenta la conductividad térmica a 420W / (((m・K), y la eficiencia de disipación de calor aumenta en un 50%.
Diseñar una estructura de cinta de níquel interdigitada para aumentar el área de disipación de calor y cooperar con el enfriamiento de líquido por microcanal para reducir la temperatura del punto caliente en más de 20 °C.
3Tecnología anticorrosión bajo requisitos de larga vida
Desafío: en baterías con una vida útil de ciclo ≥ 3000 veces, puede producirse corrosión intergranular cuando la cinta de níquel está en contacto a largo plazo con el electrolito.
Solución:
Se utilizará la tecnología de niquelado al vacío para formar un revestimiento de níquel puro no poroso ( espesor ≥ 3 μm) para evitar la penetración de electrolitos.
Desarrollar un proceso de mejora de la película de pasivación, aumentar el grosor de la película de NiO de 5 nm a 20 nm a través de la oxidación electrolítica y reducir la tasa de corrosión a 0,01 μm / año.
III. Tendencias tecnológicas futuras
Innovación material:
Banda de níquel nanocristalina (tamaño de grano < 100nm): la resistencia aumentó a 800MPa, manteniendo un alargamiento del 25%, adaptándose a especificaciones más delgadas (por debajo de 0,05 mm).
Banda compuesta de nanotubos de níquel y carbono: conductividad aumentada a 6,5 × 107 S/m, cumpliendo con los requisitos de baja impedancia de la plataforma de alto voltaje de 800 V.
Actualización del proceso:
Soldadura por ultrasonido inteligente: monitoreo en tiempo real de la potencia y la amplitud de soldadura a través de algoritmos de IA, aumentando el rendimiento de la unión de soldadura del 95% al 99,5%.
Fabricación aditivabanda de níquel: Impresión en 3D de tiras de níquel de estructura compleja (como canales de disipación de calor en espiral) para adaptarse a los diseños de módulos de baterías de forma especial.
Desarrollo sostenible:
Desarrollar una cinta de níquel sin electro: generar una capa de níquel directamente en la superficie del sustrato de cobre mediante deposición química de vapor (CVD) para reducir la contaminación de las aguas residuales.
Mejorar el sistema de reciclaje de la cinta de níquel: utilizar la tecnología de calentamiento por inducción electromagnética para lograr la separación sin pérdidas de la cinta de níquel y la pila de la batería y la tasa de recuperación del material objetivo es ≥98%.
Resumen de las actividades
Las demás:es un componente central "invisible pero crítico" de las baterías de los vehículos de nueva energía, y su rendimiento debe cumplir los requisitos estrictos de múltiples dimensiones, tales como eléctricas, mecánicas,y medioambientalesCon el desarrollo de la plataforma de alta tensión de 800 V, tecnología de carga ultra rápida y baterías de estado sólido, la tira de níquel se iterará en la dirección de ultra delgada, de alta resistencia,y la integración funcional, y seguirá apoyando los avances en la tecnología de baterías de potencia. 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.
