أشكال تغليف بطاريات الليثيوم ثلاثية الأرجل ، أي الأسطوانات الثلاثة الأكثر استخدامًا ، والعبوات الناعمة والمربعات. أشكال التعبئة الثلاثة لها مزاياها وعيوبها ، ويمكن اختيارها وفقًا لاستخدامها.

1. أسطواني

تم اختراع بطارية الليثيوم الأسطوانية لأول مرة بواسطة شركة SONY في اليابان في عام 1992. نظرًا لأن بطارية الليثيوم الأسطوانية 18650 لها تاريخ طويل ، فإن معدل اختراق السوق مرتفع. تتبنى بطارية الليثيوم الأسطوانية عملية لف ناضجة ودرجة عالية من الأتمتة وجودة المنتج مستقرة ومنخفضة التكلفة نسبيًا. هناك أنواع عديدة من بطاريات الليثيوم الاسطوانية مثل 17490، 14650، 18650، 26650،

21700 إلخ. بطاريات الليثيوم الأسطوانية شائعة بين شركات بطاريات الليثيوم في اليابان وكوريا الجنوبية.

تشمل مزايا نوع اللف الأسطواني عملية اللف الناضجة ، ودرجة عالية من الأتمتة ، وكفاءة إنتاج عالية ، واتساق جيد ، وتكلفة منخفضة نسبيًا. تشمل العيوب الاستخدام المنخفض للمساحة الناتج عن الشكل الأسطواني وتوزيع درجة الحرارة الناتج عن التوصيل الحراري الشعاعي السيئ. انتظر. نظرًا لضعف التوصيل الحراري الشعاعي للبطارية الأسطوانية ، يجب ألا يكون عدد دورات لف البطارية كثيرًا (عدد لفات لف بطارية 18650 حوالي 20 دورة بشكل عام) ، وبالتالي فإن سعة المونومر صغيرة ، و مطلوب كمية كبيرة من البطارية للتطبيق في السيارات الكهربائية. تشكل المونومرات وحدات بطارية وحزم بطارية ، مما يزيد بشكل كبير من فقدان الاتصال وتعقيد الإدارة.

الشكل 1. 18650 بطارية أسطوانية

شركة نموذجية للتعبئة الأسطوانية هي شركة باناسونيك اليابانية. في عام 2008 ، تعاونت باناسونيك وتيسلا للمرة الأولى ، وتم اعتماد بطارية أكسيد الكوبالت الليثيوم 18650 بواسطة أول طراز رودستر من تسلا. في عام 2014 ، أعلنت باناسونيك عن مشروع مشترك مع Tesla لبناء مصنع Gigafactory ، وهو مصنع للبطاريات الفائقة ، وذهبت العلاقة بينهما إلى أبعد من ذلك. تعتقد باناسونيك أن السيارات الكهربائية يجب أن تستخدم 18650 بطارية ، حتى إذا فشلت إحدى البطاريات ، فلن يؤثر ذلك على تشغيل النظام بأكمله ، كما هو موضح في الشكل 2.

صورة

الشكل 2. لماذا تختار 18650 بطارية أسطوانية

هناك أيضًا شركات كبيرة تنتج بطاريات ليثيوم أسطوانية في الصين. على سبيل المثال ، تحتل BAK Battery و Jiangsu Zhihang و Tianjin Lishen و Shanghai Delangeng وغيرها من الشركات مكانة رائدة في بطاريات الليثيوم الأسطوانية في الصين. تستخدم بطاريات الحديد والليثيوم وحافلات Yinlong السريعة الشحن بطاريات تيتانات الليثيوم ، وكلاهما في شكل عبوات أسطوانية.

الجدول 1: إحصاءات حول السعة المركبة لأكبر 10 شركات للبطاريات الأسطوانية والنماذج المقابلة لها من حيث كثافة الطاقة الفردية في عام 2017

صورة

2. كيس ناعم

لا تختلف المواد الأساسية المستخدمة في بطاريات الليثيوم الناعمة – مواد القطب الموجب ومواد القطب السالب والفواصل – كثيرًا عن بطاريات الليثيوم ذات الغلاف الفولاذي وبطاريات الألمنيوم. يتمثل الاختلاف الأكبر في مادة التغليف المرنة (فيلم مركب من الألومنيوم والبلاستيك). إنها المادة الأكثر أهمية وصعوبة من الناحية الفنية في بطاريات الليثيوم اللينة. عادة ما يتم تقسيم مواد التغليف المرنة إلى ثلاث طبقات ، وهي طبقة حاجز خارجي (بشكل عام طبقة واقية خارجية تتكون من النايلون BOPA أو PET) ، وطبقة حاجز (رقائق الألومنيوم في الطبقة الوسطى) وطبقة داخلية (طبقة حاجز عالية متعددة الوظائف ).

الشكل 3. هيكل فيلم من الألومنيوم والبلاستيك

تمنحهم مواد التغليف وهيكل خلايا الأكياس مجموعة من المزايا. 1) أداء السلامة جيد. يتم تعبئة بطارية الحزمة الناعمة بغشاء من الألومنيوم والبلاستيك في الهيكل. عند حدوث مشكلة تتعلق بالسلامة ، تنفجر بطارية العبوة الناعمة وتتشقق بشكل عام ولن تنفجر. 2) خفيفة الوزن ، وزن بطارية العبوة اللينة أخف بنسبة 40٪ من بطارية الليثيوم ذات الغلاف الفولاذي بنفس السعة ، و 20٪ أخف من بطارية الليثيوم ذات غلاف الألومنيوم. 3) مقاومة داخلية صغيرة ، المقاومة الداخلية لبطارية العبوة اللينة أصغر من مقاومة بطارية الليثيوم ، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من الاستهلاك الذاتي للبطارية. 4) أداء الدورة جيد ، وعمر دورة بطارية الحزمة الناعمة أطول ، والانحلال بعد 100 دورة هو 4٪ إلى 7٪ أقل من حالة الألومنيوم. 5) التصميم مرن ، ويمكن تغيير الشكل إلى أي شكل ، ويمكن أن يكون أرق ، ويمكن تطوير نماذج خلايا جديدة وفقًا لاحتياجات العملاء. عيوب البطاريات اللينة هي ضعف الاتساق والتكلفة العالية والتسرب السهل والعتبة التقنية العالية.

صورة

الشكل 4. تكوين بطارية العبوة الناعمة

تمتلك الشركات المصنعة للبطاريات ذات المستوى العالمي ، مثل LG في كوريا الجنوبية و ASEC اليابانية ، بطاريات طاقة ذات حزمة لينة منتجة بكميات كبيرة ، والتي تُستخدم في النماذج الكهربائية والنماذج الهجينة الموصولة بالكهرباء لشركات السيارات الكبيرة مثل Nissan و Chevrolet و Ford ، بما في ذلك أكبر ثلاثة نماذج للإنتاج والمبيعات في العالم. ورقة وفولت. كما بدأ عملاق البطاريات في بلدي Wanxiang والوافدين المتأخرين Funeng Technology و Yiwei Lithium Energy و Polyfluoride و Gateway Power أيضًا الإنتاج الضخم لبطاريات العبوات الناعمة لتزويد شركات السيارات الكبيرة مثل BAIC و SAIC.

3. بطارية مربعة

شعبية البطاريات المربعة عالية جدًا في الصين. مع صعود بطاريات طاقة السيارات في السنوات الأخيرة ، أصبح التناقض بين نطاق السيارة وسعة البطارية بارزًا بشكل متزايد. تستخدم الشركات المصنعة لبطاريات الطاقة المحلية في الغالب بطاريات مربعة من الألومنيوم ذات كثافة طاقة عالية للبطارية. ، نظرًا لأن هيكل البطارية المربعة بسيط نسبيًا ، على عكس البطارية الأسطوانية ، التي تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة كغطاء وملحقات مزودة بصمامات أمان مقاومة للانفجار ، فإن الملحقات الكلية خفيفة الوزن وعالية نسبيًا في كثافة الطاقة. تتكون علبة البطارية المربعة في الغالب من سبائك الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ومواد أخرى ، والاستخدام الداخلي لعملية اللف أو التصفيح ، وحماية البطارية أفضل من بطارية فيلم الألومنيوم والبلاستيك (أي بطارية ناعمة الحزمة) ، وتكون سلامة البطارية أسطوانية نسبيًا. تم أيضًا تحسين نوع البطاريات بشكل كبير.

الشكل 5. هيكل خلية مربعة

ومع ذلك ، نظرًا لأنه يمكن تخصيص بطارية الليثيوم المربعة وفقًا لحجم المنتج ، فهناك الآلاف من الطرز في السوق ، ونظرًا لوجود العديد من الطرز ، يصعب توحيد العملية. لا توجد مشكلة في استخدام البطاريات المربعة في المنتجات الإلكترونية العادية ، ولكن بالنسبة لمنتجات المعدات الصناعية التي تتطلب سلاسل متعددة ومتوازية ، فمن الأفضل استخدام بطاريات ليثيوم أسطوانية قياسية ، بحيث يتم ضمان عملية الإنتاج ، ويسهل العثور على بدائل فى المستقبل. بطارية.

تشمل الشركات المحلية والأجنبية التي تستخدم المربع كعملية تغليف بشكل أساسي Samsung SDI (شكل التغليف مربع بشكل أساسي ، وتستخدم مادة القطب الموجب مواد NCM و NCA ثلاثية. وهي تتابع بنشاط إنتاج 21700 بطارية) ، BYD (الطاقة البطاريات عبارة عن أغلفة ألومنيوم مربعة بشكل أساسي) ، مادة الكاثود عبارة عن فوسفات حديد الليثيوم بشكل أساسي ، كما أنها تجري أيضًا أبحاثًا وتطويرًا واحتياطيات تقنية للبطاريات الثلاثية) ، CATL (المنتجات عبارة عن بطاريات مربعة الشكل من الألومنيوم ، وتشمل مادة الكاثود فوسفات حديد الليثيوم والثالث. طريق فوسفات حديد الليثيوم التقني المستخدم بشكل رئيسي في تخزين الطاقة والحافلات ، بدأت CATL في التحول بالكامل إلى المواد الثلاثية في عام 2015 ، حيث توفر حزم بطاريات ثلاثية لسيارات الركاب لسيارات BMW وجيلي وشركات أخرى) ، Guoxuan Hi-Tech (بشكل أساسي في شكل عبوات مربعة ، وتشمل مادة القطب الموجب فوسفات حديد الليثيوم والمواد الثلاثية) ، تيانجينLishen ، إلخ.

بشكل عام ، أنواع العبوات الثلاثة للحزم الأسطوانية والمربعة والناعمة لها مزاياها وعيوبها ، ولكل بطارية مجالها المهيمن. يمكن تحديد أفضل طريقة للتعبئة وفقًا للخصائص المادية للبطارية ومجالات تطبيق المنتج وخصائص المنتج وما إلى ذلك جنبًا إلى جنب مع خصائص نموذج التعبئة والتغليف. ومع ذلك ، فإن كل نوع من أنواع تغليف البطاريات له صعوباته التكنولوجية الخاصة. يتضمن التصميم الجيد للبطارية مشاكل معقدة في العديد من المجالات مثل الكيمياء الكهربائية والحرارة والكهرباء والميكانيكا ، مما يضع متطلبات عالية لمصممي البطاريات. لا يزال الناس بحاجة إلى بطارية الليثيوم لمواصلة الجهد!