ชุดแบตเตอรี่เก็บพลังงานและพลังงานประกอบขึ้นด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของเซลล์ แต่เซลล์ไม่ได้สัมผัสกันโดยตรง เซลล์ลิเธียม-ไอออนมีการขยายตัวของปริมาตรระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ดังนั้นจึงต้องจัดเรียงวัสดุบัฟเฟอร์ระหว่างเซลล์เพื่อดูดซับความเค้นเชิงกล ปัจจุบัน วัสดุโฟมถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อตอบสนองทั้งข้อกำหนดการบัฟเฟอร์แบบไดนามิกและการสนับสนุนแบบคงที่
01 ปรากฏการณ์การบวมของโมดูลแบตเตอรี่ลิเธียม-
แบตเตอรี่ลิเธียม-มีชื่อเต็มๆ ว่า "แบตเตอรี่สำหรับเก้าอี้โยก" ซึ่งขับเคลื่อนโดยความต่างศักย์ ลิเธียมไอออนจะส่งกลับไปกลับมาระหว่างแคโทดและแอโนดเพื่อเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม การอินเทอร์คาเลชันและดีอินเทอร์คาเลชันของ Li⁺ เข้าและออกจากวัสดุออกฤทธิ์แคโทดและแอโนดทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรของสารออกฤทธิ์ อาการบวมดังกล่าวแบ่งออกเป็นสองประเภท: อาการบวมแบบพลิกกลับได้และอาการบวมแบบย้อนกลับไม่ได้ การบวมที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพได้จะสะสมอย่างต่อเนื่องเมื่อรอบการคายประจุ-เพิ่มขึ้น
สาเหตุของการบวมของเซลล์มีสามสาเหตุ: การบวมของเคมีไฟฟ้า การบวมของการเกิดก๊าซ และผลกระทบของอุณหภูมิ
โดยทั่วไปจะใช้บอร์ดอีพ็อกซี่เป็นวัสดุบัฟเฟอร์ระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าสองล้อ- อย่างไรก็ตาม บอร์ดอีพอกซีมีความเปราะสูงและไม่มีการคืนสภาพเป็นศูนย์ ทำให้ไม่สามารถดูดซับแรงขยายตัวของเซลล์ได้ ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะใช้เป็นวัสดุบัฟเฟอร์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน แม้ว่าจะมีต้นทุนต่ำมาก-ก็ตาม
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-แอโนดลิเธียม-ไอออนให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่แอโนดคาร์บอน- ซึ่งถือเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่เพิ่มเติม แต่อัตราการบวมที่มากเกินไป (ความหนาเพิ่มขึ้น 15%–30% หลังจาก 100 รอบ) ได้ขัดขวาง-การใช้งานเชิงพาณิชย์ในวงกว้างมาเป็นเวลานาน
02 ประเภทหลักของวัสดุบัฟเฟอร์
การบวมของเซลล์เป็นลักษณะเฉพาะตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การบรรเทาผลกระทบด้านลบที่เกิดจากอาการบวมเป็นสิ่งสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
ความล้มเหลวในการบัฟเฟอร์การบวมของเซลล์ที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้อย่างเพียงพอจะเร่งการเสื่อมสมรรถภาพต่อไปอีก
กฎหลักสี่ประการที่ควบคุมการบวมของเซลล์ลิเธียม-:
การกระจายเชิงพื้นที่: แรงขยายตัวในโซนกลางมีค่ามากกว่าที่ขอบ
ความสัมพันธ์ของความจุ: ความจุของเซลล์ที่ใหญ่ขึ้นสอดคล้องกับอัตราการบวมที่สูงขึ้น (โดยทั่วไปเซลล์กักเก็บพลังงานจะมีความจุขนาดใหญ่)
เคมีของเซลล์: เซลล์แบบ Ternary จะบวมรุนแรงกว่าเซลล์ LFP เซลล์ NCM811 มีอัตราการบวมที่ 6%–8% ในขณะที่เซลล์ LFP ไปถึงเพียง 3%–5% โดยทั่วไป เซลล์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าจะมีอัตราการบวมสูงกว่า
จำนวนรอบ: การบวมที่ไม่สามารถย้อนกลับจะสะสมตามรอบการคายประจุที่เพิ่มขึ้น- ส่งผลให้เซลล์ขยายตัวโดยรวมมากขึ้น
วัสดุบัฟเฟอร์จึงเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้สำหรับโมดูล โดยทำหน้าที่หลัก 3 ประการ ได้แก่ การกระจายแรงดัน การชดเชยการเคลื่อนที่ ฉนวนกันความร้อน และสารหน่วงไฟ
(1) โฟมซิลิโคน
เรซินซิลิโคนฐานมีความหนาแน่น 1.17 g/cm³; หลังจากเกิดฟอง ความหนาแน่นจะลดลงเหลือ 0.16–0.20 g/cm³ มีสารหน่วงไฟแนวตั้ง UL94-V0 และชุดการบีบอัดต่ำ แนะนำให้ใช้โฟมซิลิโคนสำหรับโมดูลจัดเก็บพลังงานความจุสูงที่มีแรงขยายตัวสูง
(2) โฟมอีวีเอ
โฟม EVA พบเห็นได้ทั่วไปในผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจำวัน เช่น พื้นรองเท้า ผู้ใช้อาจสังเกตเห็นข้อเสียที่ชัดเจน: ส่วนส้นเท้าจะแบนถาวรหลังการใช้งานเป็นเวลานาน- ซึ่งบ่งชี้ว่าชุด EVA มีการบีบอัดสูง โฟม EVA มีต้นทุนต่ำ-และส่วนใหญ่จะใช้กับโมดูลเซลล์แบบแท่งปริซึม
(3) ซีอาร์โฟม
โฟม CR ชื่อเต็ม โฟมยางคลอโรพรีน เป็นไปตามการรับรองสารหน่วงไฟ UL94 V-0 และมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม RoHS คุณสมบัติ: ความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบา ความแข็งต่ำ การบีบอัดสูง ฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยมและสารหน่วงไฟ ความยืดหยุ่นที่เหนือกว่า และอายุการใช้งานที่ยาวนาน
(4) พียูโฟม
PU หมายถึงโคโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยรูพรุนขนาดเล็ก-จำนวนนับไม่ถ้วนและโครงโพลียูรีเทนเรซิน รวมถึงโพลียูเรียและโพลียูรีเทนดัดแปลง PU ให้ความยืดหยุ่นในการบีบอัดต่ำกว่าเล็กน้อย และส่วนใหญ่จะใช้ระหว่างโมดูลเซลล์กระเป๋า คุณสมบัติ: โครงสร้างที่มีรูพรุน ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง การดีดกลับและการซึมผ่านของอากาศที่ดี การสูญเสียฮิสเทรีซิสต่ำ อัตราแรงอัดสูง ความต้านทานเปลวไฟที่ดี และความต้านทานที่โดดเด่นต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อน การเสื่อมสภาพของความชื้น และความล้าแบบไดนามิก
(5) โฟมเอ็มพีพี
MPP เป็นวัสดุโฟมโพลีโพรพีลีน (PP) ที่มีรูพรุนซึ่งผลิตด้วยเทคโนโลยีคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดที่สะอาด เพื่อสร้างฟองอากาศขนาดไมครอน-จำนวนมากภายในวัสดุพิมพ์ MPP เป็นไปตามมาตรฐาน RoHS และ REACH และมีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ คุณสมบัติ: น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง ดูดซับแรงกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพ หน่วงไฟได้ดีเยี่ยม และทนความร้อน
(6) แอโรเจล
วัสดุข้างต้นเป็นสารตั้งต้นที่ยืดหยุ่นซึ่งออกแบบมาเพื่อดูดซับแรงขยายตัวของเซลล์เป็นหลัก Airgel เป็นวัสดุระหว่างเซลล์-ที่นำมาใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งเน้นไปที่ฉนวนกันความร้อนและสารหน่วงไฟ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการบีบอัดที่ดีเพื่อให้ประสิทธิภาพการบัฟเฟอร์ปานกลาง ตัวอย่างเช่น ภายใต้น้ำหนักประมาณ 200 กก. บนโมดูล 1P13S แผ่นแอโรเจลหนา 2.0 มม. จะบีบอัดจนเหลือประมาณ 1.5 มม.
แผ่นฉนวนกันความร้อน Airgel เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากซิลิกาแอโรเจลและพื้นผิวเซรามิกไฟเบอร์ มีความหนาแน่นต่ำ มีความพรุนสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และมีค่าการนำความร้อนต่ำ ซึ่งปิดกั้นการแพร่กระจายความร้อนระหว่างเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการระบายความร้อน
