Tehoa ja energiaa varastoivat akut kootaan sarja- ja rinnakkaisliitännöillä, mutta kennot eivät ole suorassa kosketuksessa toisiinsa. Litium--ionien tilavuus kasvaa latauksen ja purkamisen aikana, joten puskurimateriaalit on järjestettävä kennojen väliin mekaanisen rasituksen vaimentamiseksi. Tällä hetkellä vaahtomuovimateriaaleja käytetään laajalti täyttämään sekä dynaamisen puskuroinnin että staattisen tuen vaatimukset.
01 Litium-ioni-akkumoduulien turpoamisilmiö
Litium-ioni-akut on nimetty elävästi "keinutuoliakuiksi": potentiaalieron ohjaama litium-ioni kulkee edestakaisin katodien ja anodien välillä sähköenergian varastoimiseksi ja vapauttamiseksi.
Siitä huolimatta Li+:n interkalaatio ja deinterkalaatio katodi- ja anodiaktiivisiin materiaaleihin ja niistä ulos aiheuttavat aktiivisten aineiden tilavuuden laajenemista. Tällainen turvotus jakautuu kahteen luokkaan: palautuva turvotus ja palautumaton turvotus. Peruuttamaton turvotus kerääntyy jatkuvasti lataus{2}}purkausjaksojen lisääntyessä.
Solujen turpoamiseen on kolme perimmäistä syytä: sähkökemiallinen turpoaminen, kaasunkehityksen turpoaminen ja lämpötilavaikutukset.
Epoksilevyjä käytetään yleisesti puskurimateriaaleina kaksipyöräisten-sähköajoneuvojen lyijyakkujen välissä. Epoksilevyillä on kuitenkin korkea hauraus ja nolla kimmoisuus, eivätkä ne pysty absorboimaan solujen laajenemisvoimaa. Siksi ne eivät sovellu puskurimateriaaleiksi litium-ioni-akkuihin, vaikka ne ovat erittäin-alhaisia.
Pii-anodilitium--ioni-akut tarjoavat huomattavasti korkeamman energiatiheyden hiili-anodivastineisiin verrattuna, mikä on tehokas tapa lisätä akun energiatiheyttä entisestään. Niiden liiallinen turpoamisnopeus (paksuus nousee 15–30 % 100 syklin jälkeen) on kuitenkin pitkään estänyt laajamittaista kaupallista käyttöä.
02 Puskurimateriaalien päätyypit
Kennojen turpoaminen on luontainen ominaisuus akkujen koko käyttöiän ajan. Turvotuksen aiheuttamien haitallisten vaikutusten lieventäminen tulee kriittiseksi akun käyttöiän pidentämiseksi.
Jos solujen peruuttamatonta turvotusta ei puskuroida riittävästi, kapasiteetin heikkeneminen kiihtyy entisestään.
Neljä litium{0}}ionisolujen turpoamista säätelevää perussääntöä:
Tilajakauma: Laajennusvoima keskivyöhykkeellä on suurempi kuin reunojen.
Kapasiteetin korrelaatio: Suurempi kennokapasiteetti vastaa suurempaa turpoamisnopeutta (energian varastointikennoissa on yleensä suuri kapasiteetti).
Solukemia: Kolmiosaiset solut turpoavat vakavammin kuin LFP-solut. NCM811-solut saavuttavat turpoamisnopeuden 6–8%, kun taas LFP-solut saavuttavat vain 3–5%. Yleensä soluilla, joilla on korkeampi energiatiheys, on korkeampi turpoamisnopeus.
Jaksojen määrä: Peruuttamaton turvotus kerääntyy lataus{0}}purkausjaksojen lisääntyessä, mikä johtaa solujen yleisempään laajenemiseen.
Puskurimateriaalit ovat siksi välttämättömiä komponentteja moduuleissa, ja niillä on kolme ydintoimintoa: paineen jakautuminen, siirtymän kompensointi, lämmöneristys ja palonesto.
(1) Silikonivaahto
Perussilikonihartsin tiheys on 1,17 g/cm³; vaahdottamisen jälkeen tiheys putoaa arvoon 0,16–0,20 g/cm³. Se saavuttaa UL94-V0 pystysuoran palonestokyvyn ja alhaisen puristuksen. Silikonivaahtoa suositellaan suuren kapasiteetin energian varastointimoduuleille, joilla on voimakas laajenemisvoima.
(2) EVA-vaahto
EVA-vaahtoa nähdään laajalti päivittäisissä tuotteissa, kuten tohvelinpohjissa. Käyttäjät saattavat huomata sen ilmeisen haittapuolen: kantapääosa litistyy pysyvästi pitkän-käytön jälkeen, mikä osoittaa, että EVA:n puristus on korkea. EVA-vaahto on edullinen-, ja sitä käytetään pääasiassa prismaattisten kennomoduulien välissä.
(3) CR Foam
CR-vaahto, koko nimi Chloroprene Rubber Foam, täyttää UL94 V-0 palonestosertifikaatin ja RoHS-ympäristöstandardit. Ominaisuudet: alhainen tiheys, kevyt, alhainen kovuus, hyvä kokoonpuristuvuus, erinomainen lämmöneristys ja palonestokyky, erinomainen kimmoisuus ja pitkä käyttöikä.
(4) PU-vaahto
PU viittaa kopolymeereihin, jotka koostuvat lukemattomista mikro-huokosista ja polyuretaanihartsirungoista, mukaan lukien polyurea ja modifioitu polyuretaani. PU tarjoaa hieman heikomman puristuskestävyyden ja sitä käytetään enimmäkseen pussisolumoduulien välissä. Ominaisuudet: huokoinen rakenne, alhainen tiheys, korkea ominaislujuus, kunnollinen palautus ja ilmanläpäisevyys, alhainen hystereesihäviö, korkea puristuskuormitussuhde, hyvä liekinkestävyys ja erinomainen lämmönkestävyys, kosteusvanheneminen ja dynaaminen väsymys.
(5) MPP-vaahto
MPP on huokoista vaahdotettua polypropeenia (PP) materiaalia, joka on valmistettu puhtaalla ylikriittisellä hiilidioksiditekniikalla luomaan lukuisia mikro{0}}kokoisia kuplia substraatin sisään. MPP täyttää RoHS- ja REACH-standardit ja sitä käytetään laajasti uudella energiateollisuudella. Ominaisuudet: kevyt, suuri lujuus, tehokas iskuenergian vaimennus, erinomainen palonesto ja lämmönkestävyys.
(6) Airgel
Edellä mainitut materiaalit ovat elastisia substraatteja, jotka on ensisijaisesti suunniteltu absorboimaan solun laajenemisvoimaa. Airgel on toinen laajalti käytetty solujen välinen materiaali, joka keskittyy lämmöneristykseen ja palonestokykyyn. sillä on myös kunnollinen puristuvuus kohtuullisen puskurointisuorituskyvyn aikaansaamiseksi. Esimerkiksi noin 200 kgf:n kuormituksella 1P13S-moduulissa 2,0 mm paksu aerogeelilevy puristuu noin 1,5 mm:iin.
Airgel-lämmöneristyslevyt ovat komposiittimateriaaleja, jotka on valmistettu silikaaerogeelistä ja keraamisesta kuitumateriaalista. Niissä on alhainen tiheys, korkea huokoisuus, korkea lämpötilan kestävyys ja alhainen lämmönjohtavuus, mikä estää tehokkaasti lämmön leviämisen kennojen välillä lämmön karkaamisen aikana.
