Применение непрерывных волоконно -армированных композитов в питательных крышках аккумуляторов

С начала 21-го века созревание технологии литий-ионных аккумуляторов вызвало быстрое развитие электромобилей (EV). В последние годы проникновение EV ускорилось, создав разрушительную тенденцию по отношению к традиционным транспортным средствам для двигателя внутреннего сжигания. Тем не менее, такие проблемы, как тревога в диапазоне, снижение производительности зимой и безопасность батареи, все еще препятствуют более широкому принятию рынка электромобилей. Решение этих проблем требует дальнейших инноваций в технологии питания, которая тесно связана с разработкой и применением новых материалов. Эти материалы включают не только электродные материалы в батарейках, но и структурные материалы на уровне интеграции системы, такие как корпус аккумулятора.

Всасывающие аккумуляторы, в том числе корпуса и крышки системы, обычно изготовлены из металлических материалов, таких как сталь и алюминий. Эти материалы предлагают высокую прочность и установленные производственные процессы, отвечающие требованиям механических характеристик корпуса батареи. Однако по мере увеличения требования к плотности энергии, теплоизоляции и другим атрибутам легкие композитные материалы начали заменять или частично заменить металлы. Это стало значительной технологической тенденцией в развитии корпуса аккумулятора, привлекая все больше внимания и исследовательские применения. В частности, композитные покрытия достигли массового производства в готовых к рынке моделей транспортных средств, причем их использование и применение постоянно расширяются и наступают, чтобы играть еще более важную роль в будущем.

1. Обзор приложений составных материалов

1.1 Обзор автомобильных композитов

В автомобильной промышленности широко использовались композиты, армированные волокнами, полимер/пластиковые (FRP). Их наиболее распространенные применения включают замену традиционных металлических материалов для достижения снижения веса в таких компонентах, как тела транспортных средств, внутренняя и внешняя отделка, а также панели под теле -теле. В зависимости от характеристик обработки матрицы смолы, FRP классифицируются на термосетинг и термопластичные композиты, оба из которых были широко приняты в автомобильном поле.

• Термозированные композиты
  Обычные терморевные смолы включают эпоксидную смолу, характеризующуюся единовременным отверждением тепла, высокой прочностью, превосходной теплостойкостью, превосходными электрическими свойствами, коррозионной стойкостью, сопротивлением старения и размерной стабильностью.

• Термопластичные композиты
  Общие термопластичные смолы включают полипропилен (PP), нейлон/полиамид (PA), поликарбонат (PC) и полиэтилен (PE). Эти материалы смягчаются при нагревании и затвердевании при охлаждении, что позволяет повторять обработку. Они предлагают воздействие сопротивления, простоту обработки и переработку.

Общие армирующие волокна, используемые в автомобильных FRP, включают углеродное волокно и стеклянное волокно. В то время как углеродное волокно имеет превосходную прочность, его сложные производственные процессы и высокие затраты ограничивают его крупномасштабное применение в электромобилях. Стеклянное волокно менее сильное, но более экономичное. Тем не менее, утилизация и повторное использование композитов как углеродного, так и стекловолокна остаются сложными, потенциально представляя экологические проблемы.

Усиление волокон классифицируется на основе сохраняемых размеров волокна в композитном продукте: короткие волокна, длинные волокна и непрерывные волокна. Композиты с непрерывным волокном, армированные волокнами, демонстрируют наилучшую прочность, жесткость и воздействие, что дает значительный потенциал для легких автомобильных применений.

---

1.2 Композитные процессы формования

Композитные материалы на основе смолы могут быть сформированы с помощью таких процессов, как литье сжатия, литье переноса смолы (RTM), обмотка нити и пультрузия. Для крупных панельных конструкций, таких как крышки батареи, основными методами являются сжатие литья и RTM.

• Сжатие литья: Определенное количество формовочного материала помещается в металлическую форму, затем нагревается и прижимается к вылете в форме. Подкатегории включают:

• Термосетиторные композиты с прерывистым волокном: SMC (листовое формовочное соединение), BMC (объемное формовочное соединение), TMC (толстое формовочное соединение).

• Термопластичные композиты прерывистых волокон: GMT (термопластики стеклянного мата), LFT-D (прямой длинное волокно термопластичное), LFT-G (инъекция термопластичной гранулы длинного волокна).

• Композиты непрерывного волокна: PCM (формование сжатия препрессии), WCM (мокрый сжатие).

• Смоловая передача (RTM): Этот процесс включает в себя инъекцию смолы в закрытую форму, чтобы пропитать армирующие материалы и вылечить продукт. Традиционная RTM имеет ограничения, такие как низкие скорости пропитки смолы, вызывая пористость, нарушение выравнивания волокна смолы и распределение неравномерного смолы в крупных продуктах. Эти проблемы привели к улучшенным процессам, таким как RTM высокого давления (HP-RTM) и вакуумное передачу смолы (VARTM). Например, HP-RTM усиливает давление впрыска смолы, создавая продукты с низкой пористостью и объемными фракциями с большим количеством волокон.

  

  
  

• 2. Композитные материалы в питательных аккумуляторных крышках

• Общие материалы для питания на крышках батареи включают сталь, алюминиевые сплавы и композиты:

• Сталь: Стальные покрытия предлагают высокую прочность и низкую стоимость. Высокие стали (например, HC340, DP590) включают толщину 0,8 мм или 0,7 мм для легкого веса. Поверхностные обработки, такие как электрофорез, улучшают коррозионную стойкость, в то время как огненные покрытия усиливают тепловую защиту.

• Алюминиевые сплавы: Алюминий обеспечивает более высокую удельную прочность, чем сталь, что позволяет дальнейшему снижению веса. Как правило, алюминиевые сплавы 5 серий используются с толщиной всего 1,2 мм или 1,5 мм. В то время как алюминий образует естественный оксидный слой для коррозионной устойчивости, обработки, такие как электрофорез, распылительное покрытие или применение защитных слоев, улучшают изоляцию и тепловую защиту.

• Композиты: Ранние применения композитов в крышках аккумуляторов включали процессы SMC с использованием прерывистых стеклянных волокон, например, в крышках аккумуляторов автомобилей Baic Eu5. Тем не менее, низкая прочность SMC Materies (прочность на растяжение <100 МПа) требовала толщины 2 мм или более, что ограничивает легкие преимущества. Последние достижения в процессах непрерывного волокнистого литья (например, PCM и HP-RTM) имеют расширенные композитные методы углеродного волокна для более экономичных композитов стекловолокна.

• Композиты с непрерывным стеклянным волокном в настоящее время достигают более высокой прочности (прочность на растяжение> 400 МПа), чем алюминиевые сплавы, с более низкой плотностью (~ 1,9 г/см сегодня). Толщины могут быть уменьшены до 1,2 мм или тоньше, что обеспечивает значительный легкий вес. Кроме того, присущие огнеустойчивости материала и свойства изоляции повышают безопасность по сравнению с алюминием. Однако затраты остаются выше, чем сталь или алюминий.

• Массовое производство непрерывных стеклянных волокон-армированных композитных крышек в основном использует процессы PCM и HP-RTM.

• PCM: Более низкие инвестиции в авансовые инвестиции, ручное наслоение преподминирования, медленное производство, идеально подходит для небольших партий или прототипов.

• HP-RTM: Более высокие затраты на оборудование и плесени, материалы из сухого волокна, вакуумная инъекция смолы высокого давления, более высокие показатели производства и превосходное качество поверхности.