Nikkelstrips spelen kernfuncties zoals elektrische verbinding, structurele ondersteuning en veiligheidsbescherming in batterijen voor nieuwe energievoertuigen (vooral stroombatterijen). Hun prestaties beïnvloeden direct de betrouwbaarheid, levensduur en veiligheid van de batterij. Het volgende is een gedetailleerde analyse vanuit twee aspecten: specifieke toepassingsscenario's en technische vereisten:
I. Specifieke toepassing van nikkelstrips in batterijen voor nieuwe energievoertuigen
1. Elektrische verbinding tussen batterijcellen: elektrode-aansluiting lassen en busbar
Toepassingsscenario:
Verbind de positieve en negatieve elektrode-aansluitingen (positieve aluminium aansluitingen, negatieve koperen aansluitingen) van een enkele batterijcel met de busbar in de module om een stroompad te vormen.
Typisch geval: In Tesla's 4680 batterijmodule verbinden nikkelstrips de batterijcelaansluitingen met de roestvrijstalen busbars door middel van laserlassen, wat een continue ontlaadstroom van maximaal 150A ondersteunt.
Kernrol:
Verminder contactweerstand (doel < 2mΩ), verminder energieverlies en verbeter de efficiëntie van de batterij.
Verdeel de stroomdichtheid om lokale oververhitting van de aansluitingen te voorkomen (zoals het beheersen van de temperatuur op ≤80℃ tijdens snel opladen).
2. Module structuurfixatie en stressbuffering
Toepassingsscenario's:
Als verbindingsstuk tussen cellen wordt de celpositie gefixeerd door puntlassen of laserlassen, wat vaak wordt gebruikt in vierkante aluminium schaalbatterijen (zoals CATL CTP-modules) en zachte pack-batterijen (zoals LG New Energy pouch-batterijen).
Kernfunctie:
Absorbeer de volume-uitzetting van de cel tijdens het laden en ontladen (ongeveer 10%~15%) om te voorkomen dat de aansluiting breekt of het diafragma doorboort.
Zorg voor mechanische ondersteuning om de structurele stabiliteit van de module onder trillingen te garanderen (zoals hobbelig rijden van de auto, trillingsfrequentie 5~2000Hz).
3. Veiligheidsbeschermingscomponenten: zekeringband en overstroombeveiliging
Toepassingsscenario's:
Ontworpen als een smeltbare nikkelband (zoals een lokaal verdikte of uitgeholde structuur), wordt deze in serie geschakeld in het batterijcircuit.
Kernfunctie:
Wanneer de stroom de drempel overschrijdt (zoals kortsluitstroom > 500A), smelt de nikkelband vóór de cel, onderbreekt het circuit en voorkomt thermische runaway.
De reactietijd moet binnen 10 ms worden gehouden en de isolatieweerstand na het smelten moet ≥100MΩ zijn om de veiligheid te garanderen.
4. Integratie van thermisch managementsysteem
Toepassingsscenario's:
Als warmteoverdrachtsmedium draagt het de warmte van de batterijcel over naar de module waterkoelplaat of schaal en wordt het gebruikt in combinatie met thermisch geleidende siliconenvet.
Kernfunctie:
De thermische geleidbaarheid moet ≥90W/(m・K) zijn en het doel is om het temperatuurverschil tussen de batterijcellen te beheersen op ≤2℃ om capaciteitsverlies veroorzaakt door lokale oververhitting te voorkomen.
Sommige nikkelstrips zijn ontworpen als microkanaalstructuren en ingebed in vloeistofkoelbuizen om de warmteafvoer te verbeteren (zoals de indirecte koeloplossing van BYD-bladbatterijen).
5. Proces- en betrouwbaarheidseisen
Dimensionale nauwkeurigheid: diktetolerantie ±5% (zoals 0,1 mm nikkelstrip tolerantie ±0,005 mm), breedtetolerantie ±0,1 mm, om de aanpasbaarheid van geautomatiseerde lasapparatuur te garanderen.
Oppervlaktekwaliteit:
Ruwheid Ra≤1,6μm, vermijd bramen die het diafragma doorboren;
Geen oxidatiekleur, olievlekken, het lasoppervlak moet worden gegalvaniseerd met nikkel-fosforlegering (platingdikte 2~5μm) om de lasbetrouwbaarheid te verbeteren.
Traceerbaarheid: Het batchnummer, de chemische samenstelling (Ni≥99,5%, onzuiverheden Fe≤0,1%, Cu≤0,05%) en de mechanische eigenschappen van de nikkelstrip moeten worden geregistreerd om te voldoen aan de eisen van het kwaliteitsmanagementsysteem IATF 16949.
II. Typische technische uitdagingen en oplossingen
1. Ultra-dunne vereisten onder hoge energiedichtheid
Uitdaging: Om de energiedichtheid van het batterijpakket te verhogen (doel ≥300Wh/kg), moet de dikte van de nikkelstrip worden verminderd van 0,15 mm tot minder dan 0,08 mm, maar dit kan gemakkelijk leiden tot een afname van de sterkte.
Oplossing:
Gebruik koudwalsen + gloeiproces om de sterkte en ductiliteit te verbeteren door korrelverfijning (gemiddelde korrelgrootte ≤10μm).
Ontwikkel nikkel-grafeen composiettape. 5% grafeeninhoud kan de treksterkte met 30% verhogen, terwijl de geleidbaarheid boven de 95% blijft.
2. Warmteafvoeroptimalisatie in snellaadscenario's
Uitdaging: Tijdens 480kW ultrasnel opladen kan de temperatuur van het nikkeltape-aansluitpunt 150°C overschrijden, wat kan leiden tot nikkeloxidatie of defecten aan de soldeerverbinding.
Oplossing:
Zilverplating (dikte 1~2μm) op het oppervlak van de nikkeltape verhoogt de thermische geleidbaarheid tot 420W/(m・K) en de warmteafvoerefficiëntie neemt met 50% toe.
Ontwerp een interdigitated nikkeltape-structuur om het warmteafvoergebied te vergroten en werk samen met microkanaalvloeistofkoeling om de hotspot-temperatuur met meer dan 20°C te verlagen.
3. Anti-corrosietechnologie onder lange levensduurvereisten
Uitdaging: In batterijen met een cyclische levensduur van ≥3000 keer kan intergranulaire corrosie optreden wanneer de nikkeltape langdurig in contact staat met de elektrolyt.
Oplossing:
Gebruik vacuümnikkelplatingtechnologie om een niet-poreuze zuivere nikkellaag te vormen (dikte ≥3μm) om penetratie van elektrolyt te voorkomen.
Ontwikkel een passiveringsfilmverbeteringsproces, verhoog de NiO-filmdikte van 5 nm tot 20 nm door elektrolytische oxidatie en verminder de corrosiesnelheid tot 0,01μm/jaar.
III. Toekomstige technologische trends
Materiaal innovatie:
Nanokristallijne nikkelstrip (korrelgrootte < 100nm): sterkte verhoogd tot 800MPa, met behoud van 25% rek, aanpassing aan dunnere specificaties (onder 0,05 mm).
Nikkel-koolstofnanobuis composietstrip: geleidbaarheid verhoogd tot 6,5×10⁷ S/m, voldoet aan de lage impedantie-eisen van het 800V hoogspanningsplatform.
Procesupgrade:
Intelligent ultrasoon lassen: real-time monitoring van lasvermogen en amplitude via AI-algoritmen, waardoor de opbrengst van soldeerverbindingen wordt verhoogd van 95% naar 99,5%.
Additieve fabricage nikkelstrip: 3D-printen van nikkelstrips met complexe structuren (zoals spiraalvormige warmteafvoerkanalen) om zich aan te passen aan speciaal gevormde batterijmodule-ontwerpen.
Duurzame ontwikkeling:
Ontwikkel electroless nikkelstrip: genereer een nikkellaag direct op het oppervlak van het kopersubstraat door middel van chemische dampafzetting (CVD) om de afvalwatervervuiling te verminderen.
Verbeter het nikkelstriprecyclingsysteem: gebruik elektromagnetische inductieverwarmingstechnologie om een verliesvrije scheiding van nikkelstrip en batterijcel te bereiken, en de doelmateriaalrecyclingsnelheid is ≥98%.
Samenvatting
Nikkelstrip is een "onzichtbaar maar cruciaal" kerncomponent in batterijen voor nieuwe energievoertuigen en de prestaties ervan moeten voldoen aan de strenge eisen van meerdere dimensies, zoals elektrisch, mechanisch en milieu. Met de ontwikkeling van het 800V hoogspanningsplatform, ultrasnelle laadtechnologie en solid-state batterijen, zal de nikkelstrip worden herhaald in de richting van ultra-dun, hoge sterkte en functionele integratie, en blijft het doorbraken in de stroombatterijtechnologie ondersteunen. Collaboratieve innovatie tussen autofabrikanten en materiaalfabrikanten (zoals de gezamenlijke R&D van nikkelstrip door CATL en Baosteel Metal) zal een belangrijke drijvende kracht worden voor de vooruitgang van de industrie.
Nikkelstrips spelen kernfuncties zoals elektrische verbinding, structurele ondersteuning en veiligheidsbescherming in batterijen voor nieuwe energievoertuigen (vooral stroombatterijen). Hun prestaties beïnvloeden direct de betrouwbaarheid, levensduur en veiligheid van de batterij. Het volgende is een gedetailleerde analyse vanuit twee aspecten: specifieke toepassingsscenario's en technische vereisten:
I. Specifieke toepassing van nikkelstrips in batterijen voor nieuwe energievoertuigen
1. Elektrische verbinding tussen batterijcellen: elektrode-aansluiting lassen en busbar
Toepassingsscenario:
Verbind de positieve en negatieve elektrode-aansluitingen (positieve aluminium aansluitingen, negatieve koperen aansluitingen) van een enkele batterijcel met de busbar in de module om een stroompad te vormen.
Typisch geval: In Tesla's 4680 batterijmodule verbinden nikkelstrips de batterijcelaansluitingen met de roestvrijstalen busbars door middel van laserlassen, wat een continue ontlaadstroom van maximaal 150A ondersteunt.
Kernrol:
Verminder contactweerstand (doel < 2mΩ), verminder energieverlies en verbeter de efficiëntie van de batterij.
Verdeel de stroomdichtheid om lokale oververhitting van de aansluitingen te voorkomen (zoals het beheersen van de temperatuur op ≤80℃ tijdens snel opladen).
2. Module structuurfixatie en stressbuffering
Toepassingsscenario's:
Als verbindingsstuk tussen cellen wordt de celpositie gefixeerd door puntlassen of laserlassen, wat vaak wordt gebruikt in vierkante aluminium schaalbatterijen (zoals CATL CTP-modules) en zachte pack-batterijen (zoals LG New Energy pouch-batterijen).
Kernfunctie:
Absorbeer de volume-uitzetting van de cel tijdens het laden en ontladen (ongeveer 10%~15%) om te voorkomen dat de aansluiting breekt of het diafragma doorboort.
Zorg voor mechanische ondersteuning om de structurele stabiliteit van de module onder trillingen te garanderen (zoals hobbelig rijden van de auto, trillingsfrequentie 5~2000Hz).
3. Veiligheidsbeschermingscomponenten: zekeringband en overstroombeveiliging
Toepassingsscenario's:
Ontworpen als een smeltbare nikkelband (zoals een lokaal verdikte of uitgeholde structuur), wordt deze in serie geschakeld in het batterijcircuit.
Kernfunctie:
Wanneer de stroom de drempel overschrijdt (zoals kortsluitstroom > 500A), smelt de nikkelband vóór de cel, onderbreekt het circuit en voorkomt thermische runaway.
De reactietijd moet binnen 10 ms worden gehouden en de isolatieweerstand na het smelten moet ≥100MΩ zijn om de veiligheid te garanderen.
4. Integratie van thermisch managementsysteem
Toepassingsscenario's:
Als warmteoverdrachtsmedium draagt het de warmte van de batterijcel over naar de module waterkoelplaat of schaal en wordt het gebruikt in combinatie met thermisch geleidende siliconenvet.
Kernfunctie:
De thermische geleidbaarheid moet ≥90W/(m・K) zijn en het doel is om het temperatuurverschil tussen de batterijcellen te beheersen op ≤2℃ om capaciteitsverlies veroorzaakt door lokale oververhitting te voorkomen.
Sommige nikkelstrips zijn ontworpen als microkanaalstructuren en ingebed in vloeistofkoelbuizen om de warmteafvoer te verbeteren (zoals de indirecte koeloplossing van BYD-bladbatterijen).
5. Proces- en betrouwbaarheidseisen
Dimensionale nauwkeurigheid: diktetolerantie ±5% (zoals 0,1 mm nikkelstrip tolerantie ±0,005 mm), breedtetolerantie ±0,1 mm, om de aanpasbaarheid van geautomatiseerde lasapparatuur te garanderen.
Oppervlaktekwaliteit:
Ruwheid Ra≤1,6μm, vermijd bramen die het diafragma doorboren;
Geen oxidatiekleur, olievlekken, het lasoppervlak moet worden gegalvaniseerd met nikkel-fosforlegering (platingdikte 2~5μm) om de lasbetrouwbaarheid te verbeteren.
Traceerbaarheid: Het batchnummer, de chemische samenstelling (Ni≥99,5%, onzuiverheden Fe≤0,1%, Cu≤0,05%) en de mechanische eigenschappen van de nikkelstrip moeten worden geregistreerd om te voldoen aan de eisen van het kwaliteitsmanagementsysteem IATF 16949.
II. Typische technische uitdagingen en oplossingen
1. Ultra-dunne vereisten onder hoge energiedichtheid
Uitdaging: Om de energiedichtheid van het batterijpakket te verhogen (doel ≥300Wh/kg), moet de dikte van de nikkelstrip worden verminderd van 0,15 mm tot minder dan 0,08 mm, maar dit kan gemakkelijk leiden tot een afname van de sterkte.
Oplossing:
Gebruik koudwalsen + gloeiproces om de sterkte en ductiliteit te verbeteren door korrelverfijning (gemiddelde korrelgrootte ≤10μm).
Ontwikkel nikkel-grafeen composiettape. 5% grafeeninhoud kan de treksterkte met 30% verhogen, terwijl de geleidbaarheid boven de 95% blijft.
2. Warmteafvoeroptimalisatie in snellaadscenario's
Uitdaging: Tijdens 480kW ultrasnel opladen kan de temperatuur van het nikkeltape-aansluitpunt 150°C overschrijden, wat kan leiden tot nikkeloxidatie of defecten aan de soldeerverbinding.
Oplossing:
Zilverplating (dikte 1~2μm) op het oppervlak van de nikkeltape verhoogt de thermische geleidbaarheid tot 420W/(m・K) en de warmteafvoerefficiëntie neemt met 50% toe.
Ontwerp een interdigitated nikkeltape-structuur om het warmteafvoergebied te vergroten en werk samen met microkanaalvloeistofkoeling om de hotspot-temperatuur met meer dan 20°C te verlagen.
3. Anti-corrosietechnologie onder lange levensduurvereisten
Uitdaging: In batterijen met een cyclische levensduur van ≥3000 keer kan intergranulaire corrosie optreden wanneer de nikkeltape langdurig in contact staat met de elektrolyt.
Oplossing:
Gebruik vacuümnikkelplatingtechnologie om een niet-poreuze zuivere nikkellaag te vormen (dikte ≥3μm) om penetratie van elektrolyt te voorkomen.
Ontwikkel een passiveringsfilmverbeteringsproces, verhoog de NiO-filmdikte van 5 nm tot 20 nm door elektrolytische oxidatie en verminder de corrosiesnelheid tot 0,01μm/jaar.
III. Toekomstige technologische trends
Materiaal innovatie:
Nanokristallijne nikkelstrip (korrelgrootte < 100nm): sterkte verhoogd tot 800MPa, met behoud van 25% rek, aanpassing aan dunnere specificaties (onder 0,05 mm).
Nikkel-koolstofnanobuis composietstrip: geleidbaarheid verhoogd tot 6,5×10⁷ S/m, voldoet aan de lage impedantie-eisen van het 800V hoogspanningsplatform.
Procesupgrade:
Intelligent ultrasoon lassen: real-time monitoring van lasvermogen en amplitude via AI-algoritmen, waardoor de opbrengst van soldeerverbindingen wordt verhoogd van 95% naar 99,5%.
Additieve fabricage nikkelstrip: 3D-printen van nikkelstrips met complexe structuren (zoals spiraalvormige warmteafvoerkanalen) om zich aan te passen aan speciaal gevormde batterijmodule-ontwerpen.
Duurzame ontwikkeling:
Ontwikkel electroless nikkelstrip: genereer een nikkellaag direct op het oppervlak van het kopersubstraat door middel van chemische dampafzetting (CVD) om de afvalwatervervuiling te verminderen.
Verbeter het nikkelstriprecyclingsysteem: gebruik elektromagnetische inductieverwarmingstechnologie om een verliesvrije scheiding van nikkelstrip en batterijcel te bereiken, en de doelmateriaalrecyclingsnelheid is ≥98%.
Samenvatting
Nikkelstrip is een "onzichtbaar maar cruciaal" kerncomponent in batterijen voor nieuwe energievoertuigen en de prestaties ervan moeten voldoen aan de strenge eisen van meerdere dimensies, zoals elektrisch, mechanisch en milieu. Met de ontwikkeling van het 800V hoogspanningsplatform, ultrasnelle laadtechnologie en solid-state batterijen, zal de nikkelstrip worden herhaald in de richting van ultra-dun, hoge sterkte en functionele integratie, en blijft het doorbraken in de stroombatterijtechnologie ondersteunen. Collaboratieve innovatie tussen autofabrikanten en materiaalfabrikanten (zoals de gezamenlijke R&D van nikkelstrip door CATL en Baosteel Metal) zal een belangrijke drijvende kracht worden voor de vooruitgang van de industrie.
