Formy balení lithiových baterií jsou třínohé, tedy tři nejpoužívanější válce, měkké obaly a čtverce. Tyto tři formy balení mají své výhody a nevýhody a lze je vybrat podle jejich použití.

1. Válcový

Válcová lithiová baterie byla poprvé vynalezena společností SONY v Japonsku v roce 1992. Protože válcová lithiová baterie 18650 má dlouhou historii, míra pronikání na trh je vysoká. Válcová lithiová baterie využívá vyzrálý proces navíjení, vysoký stupeň automatizace a kvalitu produktu Stabilní a relativně nízké náklady. Existuje mnoho typů válcových lithiových baterií, jako jsou 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 atd. Válcové lithiové baterie jsou oblíbené mezi společnostmi vyrábějícími lithiové baterie v Japonsku a Jižní Koreji.

Mezi výhody válcového typu vinutí patří vyzrálý proces navíjení, vysoký stupeň automatizace, vysoká efektivita výroby, dobrá konzistence a relativně nízké náklady. Mezi nevýhody patří malé využití prostoru způsobené válcovým tvarem a rozložení teplot způsobené špatnou radiální tepelnou vodivostí. Počkejte. Vzhledem ke špatné radiální tepelné vodivosti válcové baterie by počet závitů vinutí baterie neměl být příliš velký (počet závitů vinutí baterie 18650 je obecně asi 20 závitů), takže kapacita monomeru je malá a pro použití v elektrických vozidlech je zapotřebí velké množství baterie. Monomery tvoří bateriové moduly a bateriové sady, což značně zvyšuje ztrátu spojení a složitost správy.

Obrázek 1. Válcová baterie 18650

Typickou firmou pro cylindrické obaly je japonský Panasonic. V roce 2008 Panasonic a Tesla poprvé spolupracovaly a lithium-kobaltoxidová baterie 18650 byla přijata prvním modelem Tesla Roadster. V roce 2014 Panasonic oznámil společný podnik s Teslou na vybudování Gigafactory, továrny na super baterie, a vztah mezi těmito dvěma šel dále. Panasonic věří, že elektromobily by měly používat 18650 baterií, takže i když jedna baterie selže, neovlivní to provoz celého systému, jak je znázorněno na obrázku 2.

obrázek

Obrázek 2. Proč zvolit cylindrickou baterii 18650

V Číně existují také velké podniky vyrábějící válcové lithiové baterie. Například BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng a další podniky jsou na vedoucí pozici v oblasti válcových lithiových baterií v Číně. Lithiové baterie a rychlonabíjecí autobusy Yinlong využívají lithium-titanátové baterie, obě ve formě válcového obalu.

Tabulka 1: Statistiky instalované kapacity 10 největších výrobců válcových baterií a jejich odpovídajících modelů z hlediska hustoty jedné energie v roce 2017

obrázek

2. Měkká taška

Klíčové materiály používané v lithiových bateriích s měkkým obalem – materiály kladných elektrod, materiály záporných elektrod a separátory – se příliš neliší od tradičních lithiových baterií s ocelovým a hliníkovým pouzdrem. Největším rozdílem je flexibilní obalový materiál (hlinito-plastová kompozitní fólie). Je to nejkritičtější a technicky nejobtížnější materiál v lithiových bateriích. Flexibilní obalové materiály se obvykle dělí do tří vrstev, a to na vnější bariérovou vrstvu (obecně vnější ochranná vrstva složená z nylonu BOPA nebo PET), bariérovou vrstvu (hliníková fólie ve střední vrstvě) a vnitřní vrstvu (multifunkční vysoce bariérová vrstva). ).

Obrázek 3. Struktura hliníkové plastové fólie

Obalový materiál a struktura vakových buněk jim poskytuje řadu výhod. 1) Bezpečnostní výkon je dobrý. Soft-pack baterie je zabalena s hliníkově-plastovou fólií ve struktuře. Pokud dojde k bezpečnostnímu problému, měkká baterie obvykle praskne a praskne a neexploduje. 2) Nízká hmotnost, hmotnost měkké baterie je o 40 % lehčí než u lithiové baterie s ocelovým pláštěm se stejnou kapacitou a o 20 % lehčí než u lithiové baterie s hliníkovým pláštěm. 3) Malý vnitřní odpor, vnitřní odpor měkké baterie je menší než u lithiové baterie, což může výrazně snížit vlastní spotřebu baterie. 4) Výkon cyklu je dobrý, životnost baterie soft pack je delší a rozpad po 100 cyklech je o 4 % až 7 % menší než u hliníkového pouzdra. 5) Konstrukce je flexibilní, tvar lze změnit na jakýkoli tvar, může být tenčí a mohou být vyvinuty nové modely buněk podle potřeb zákazníka. Nevýhody měkkých baterií jsou špatná konzistence, vysoká cena, snadný únik a vysoký technický práh.

obrázek

Obrázek 4. Složení měkké baterie

Světoví výrobci baterií, jako je jihokorejská LG a japonská ASEC, mají sériově vyráběné soft-pack napájecí baterie, které se používají v elektrických modelech a plug-in hybridních modelech velkých automobilek, jako jsou Nissan, Chevrolet a Ford, včetně tři největší modely výroby a prodeje na světě. List a Volt. Bateriový gigant Wanxiang z mé země a opozdilci Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride a Gateway Power také zahájili sériovou výrobu měkkých baterií pro dodávky velkých automobilových společností, jako jsou BAIC a SAIC.

3. Čtvercová baterie

Obliba čtvercových baterií je v Číně velmi vysoká. S nárůstem automobilových napájecích baterií v posledních letech se rozpor mezi cestovním dojezdem vozidla a kapacitou baterií stále více prosazuje. Tuzemští výrobci napájecích baterií většinou používají čtvercové baterie s hliníkovým pláštěm s vysokou hustotou energie baterie. , Vzhledem k tomu, že struktura čtvercové baterie je relativně jednoduchá, na rozdíl od válcové baterie, která používá jako plášť vysokopevnostní nerezovou ocel a příslušenství s bezpečnostními ventily odolnými proti výbuchu, má celkové příslušenství nízkou hmotnost a relativně vysokou hustotu energie. Čtvercové pouzdro baterie je většinou vyrobeno z hliníkové slitiny, nerezové oceli a dalších materiálů a vnitřní použití procesu navíjení nebo laminace, ochrana baterie je lepší než u baterie s hliníkovou fólií (tj. soft-pack baterie), a bezpečnost baterie je relativně válcová. Typové baterie byly také výrazně vylepšeny.

Obrázek 5. Čtvercová buněčná struktura

Vzhledem k tomu, že hranatou lithiovou baterii lze přizpůsobit podle velikosti produktu, jsou na trhu tisíce modelů, a protože je modelů příliš mnoho, je obtížné proces sjednotit. Není problém používat čtvercové baterie v běžných elektronických produktech, ale pro produkty průmyslového vybavení, které vyžadují více sériových a paralelních, je nejlepší použít standardizované válcové lithiové baterie, aby byl zaručen výrobní proces a bylo snazší najít náhradní v budoucnu. Baterie.

Mezi tuzemské i zahraniční společnosti, které využívají jako balicí proces čtverec, patří především Samsung SDI (forma balení je převážně čtvercová a materiál kladných elektrod využívá ternární materiály NCM a NCA. Aktivně navazuje na výrobu 21700 baterií), BYD (power baterie jsou převážně čtvercové hliníkové pláště), katodovým materiálem je hlavně fosforečnan lithný a také provádí výzkum a vývoj a technické rezervy ternárních baterií), CATL (výrobky jsou hlavně čtvercové hliníkové skořepinové baterie a katodový materiál zahrnuje fosforečnan lithný a ternární. Technická cesta fosforečnanu lithného CATL, který se používá hlavně při skladování energie a autobusech, se v roce 2015 začal plně obracet na ternární materiály a poskytoval ternární baterie pro osobní vozy BMW, Geely a dalších společností), Guoxuan Hi-Tech (hlavně ve formě čtvercového obalu a materiál kladné elektrody zahrnuje fosforečnan lithný a ternární materiály), TianjinLishen atd.

Obecně platí, že tři typy balení, válcové, čtvercové a měkké, mají své výhody a nevýhody a každá baterie má své vlastní dominantní pole. Nejlepší způsob balení lze určit podle materiálových charakteristik baterie, oblastí použití produktu, charakteristik produktu atd. v kombinaci s charakteristikami formy balení. Každý typ balení baterie má však svá technologická úskalí. Dobrý design baterií zahrnuje složité problémy v mnoha oblastech, jako je elektrochemie, teplo, elektřina a mechanika, což klade vysoké požadavky na konstruktéry baterií. Lidé s lithiovými bateriemi se stále musí snažit!