方型电池外壳,图片版权归属Schuler

方型电池外壳,图片版权归属Schuler

方型电池是锂电池的三种不同形态之一,仅次于软包和圆柱电池。 所有形态都在动力电池市场上占有一席之地,并如预期的那样,所有形态的电池都将在未来几年保持增长。

方形电池外壳的主要特征在于其几何形状(长 x 宽 x 高、壁厚和底部厚度等)和原材料类型。 目前,大多数此类电池外壳由铝或铝合金制成,只有特殊情况下会使用不锈钢或塑料制成。 在接下来的几年中,将需要大量铝制方形电池盒。 要选择理想的制造方法,必须考虑金属成型的物理极限、可用的生产机器和市场需求,尤其是目标生产成本。

一些基本的技术可以从成熟的金属包装制造技术中获得。 然而,由于方型电池外壳的尺寸与饮料罐或气雾罐不同,我们可能不会将以往的制造技术经验一对一地转移到这个新的应用中。

原则上,深拉伸或冲击挤压,这两种不同的成型方法都适用于由铝制成的方形电池外壳。这两种方法都与变薄拉伸相结合,以达到最终的几何形状并达到规定的壁厚及公差。

深拉伸的工艺路线在生产线上由以下步骤组成:

  • 卷料落料
  • 深拉伸
  • 变径
  • 变薄(1个、2个 或 3个环形件)
  • 切边

坯料尺寸和深拉伸/变径步骤将由材料可能的深拉伸率β 决定。 变薄是通过将金属 压入冲头和变薄环之间的间隙来减少壁厚。

通过变薄减少壁厚与增加外壳长度直接相关, 壁厚的减少或长度的增加由变薄率决定。

 

查看冲击挤压路线,我们看到一个完全不同的过程:

  • 使用料块
  • 反向冲击挤压
  • 变薄(1个、2个或3个环形件)
  • 切边
冲击挤压工艺,此图像版权归舒勒所有

冲击挤压工艺,此图像版权归舒勒所有

 

与深拉伸一样,这些工序都是在室温下进行的。 工艺极限由最小壁厚给出,它决定了冲头的压力张力。 除了模具的弹性外,容器的长度也受到限制,因为需要考虑冲头的屈曲。 变薄的后续方法与深拉伸相同。 值得一提的一个不同是,与深拉伸后的外壳底部厚度即是开始卷材的厚度,而冲击挤压的底部厚度是可调的,方法是通过增加前向挤压可以产生特殊的底部形状,用于冷却、减压等。

两种工艺路线所用到的设备完全不同。 深拉伸需要有多个模具的多工位压力机。 通过运输系统外壳从一个模具运输到另一个模具。 外壳的大小影响着自动化的速度和压机的工作台长度。 对于长度为200mm的外壳,速度在20-30 spm之间,压力机的工作台长度可能需要达到5米。 不要忘记的是,工作能是一个重要的设备规格参数。 成形载荷与成形行程的乘积将决定压力机所需的工作能。 另一方面,冲击挤压是在专业设备上的一步成型过程,根据设备尺寸可以达到60-100spm的速度。

壳体的矩形面积、壁厚和材料的流动曲线将决定机器的尺寸。 典型尺寸在4.000kN-10.000kN之间。 所需的产量将决定哪种生产方法更具成本效益。

材料利用率是一个影响成本的重要因素。 在深拉伸时,只使用了部分料卷材料,20%或更多的材料被报废。 另一方面,铝块材料是整体使用的。 考虑到料卷和铝块材料的原材料价格不同,这在成本计算中也会产生差异。 冲击挤压的投资成本比深拉高,所以在比较ROIs时,高设备利用率(例如三班制)是关键。 总之,在生产方型电池外壳时,有两种不同的成型方法可供选择。

这两种过程都是经过验证的,而且普遍可行。 但要做方法选择规划,需要在选择合适的设备和两次生产成本的计算之后方能有全面的规划。

参考文献
成形方法的见解取自舒勒锻压手册,‎施普林格;1.版(12。尤尼1998)。