Verpackungsformen für Lithiumbatterien sind dreibeinig, das heißt die drei am häufigsten verwendeten Zylinder, Weichpackungen und Quadrate. Die drei Verpackungsformen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und können entsprechend ihrer Verwendung ausgewählt werden.

1. Zylindrisch

Die zylindrische Lithiumbatterie wurde erstmals 1992 von der Firma SONY in Japan erfunden. Da die zylindrische Lithiumbatterie 18650 eine lange Geschichte hat, ist die Marktdurchdringungsrate hoch. Die zylindrische Lithiumbatterie verfügt über einen ausgereiften Wickelprozess, einen hohen Automatisierungsgrad und eine stabile und relativ kostengünstige Produktqualität. Es gibt viele Arten von zylindrischen Lithiumbatterien, wie 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 usw. Zylindrische Lithiumbatterien sind bei Lithiumbatterieunternehmen in Japan und Südkorea beliebt.

Zu den Vorteilen des zylindrischen Wickeltyps gehören ein ausgereifter Wickelprozess, ein hoher Automatisierungsgrad, eine hohe Produktionseffizienz, eine gute Konsistenz und relativ niedrige Kosten. Zu den Nachteilen zählen die geringe Raumausnutzung durch die zylindrische Form und die Temperaturverteilung durch die schlechte radiale Wärmeleitfähigkeit. Warte ab. Aufgrund der schlechten radialen Wärmeleitfähigkeit der zylindrischen Batterie sollte die Anzahl der Windungen der Batterie nicht zu hoch sein (die Anzahl der Windungen der 18650-Batterie beträgt im Allgemeinen etwa 20 Windungen), sodass die Monomerkapazität gering ist und Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen wird eine große Batteriemenge benötigt. Monomere bilden Batteriemodule und Batteriepacks, was den Verbindungsverlust und die Verwaltungskomplexität stark erhöht.

Abbildung 1. Zylindrische 18650-Batterie

Ein typisches Unternehmen für zylindrische Verpackungen ist Panasonic aus Japan. Im Jahr 2008 arbeiteten Panasonic und Tesla zum ersten Mal zusammen, und die 18650-Lithium-Kobaltoxid-Batterie wurde von Teslas erstem Roadster-Modell übernommen. 2014 kündigte Panasonic ein Joint Venture mit Tesla an, um die Gigafactory, eine Fabrik für Superbatterien, zu bauen, und die Beziehung zwischen den beiden ging weiter. Panasonic ist der Ansicht, dass Elektrofahrzeuge 18650-Batterien verwenden sollten, damit selbst der Ausfall einer Batterie den Betrieb des gesamten Systems nicht beeinträchtigt, wie in Abbildung 2 dargestellt.

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Abbildung 2. Warum sollten Sie sich für eine zylindrische 18650-Batterie entscheiden?

In China gibt es auch Großunternehmen, die zylindrische Lithiumbatterien herstellen. Zum Beispiel sind BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng und andere Unternehmen in China führend bei zylindrischen Lithiumbatterien. Eisen-Lithium-Batterien und Yinlong-Schnellladebusse verwenden Lithium-Titanat-Batterien, beide in Form von zylindrischen Verpackungen.

Tabelle 1: Statistik zur installierten Kapazität der 10 führenden Unternehmen für zylindrische Batterien und ihre entsprechenden Modelle in Bezug auf die Einzelenergiedichte im Jahr 2017

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2. Weiche Tasche

Die wichtigsten Materialien, die in Softpack-Lithiumbatterien verwendet werden – Materialien für positive Elektroden, Materialien für negative Elektroden und Separatoren – unterscheiden sich nicht wesentlich von herkömmlichen Lithiumbatterien mit Stahlgehäuse und Aluminiumgehäuse. Größter Unterschied ist das flexible Verpackungsmaterial (Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie). Es ist das kritischste und technisch schwierigste Material in Softpack-Lithiumbatterien. Flexible Verpackungsmaterialien werden üblicherweise in drei Schichten unterteilt, nämlich eine äußere Barriereschicht (im Allgemeinen eine äußere Schutzschicht aus Nylon BOPA oder PET), eine Barriereschicht (Aluminiumfolie in der Mittelschicht) und eine innere Schicht (multifunktionale Hochbarriereschicht). ).

Abbildung 3. Aluminium-Kunststofffolienstruktur

Das Verpackungsmaterial und der Aufbau von Pouch-Zellen bieten ihnen eine Reihe von Vorteilen. 1) Die Sicherheitsleistung ist gut. Die Soft-Pack-Batterie ist mit einer Aluminium-Kunststoff-Folie in der Struktur verpackt. Wenn ein Sicherheitsproblem auftritt, wird die Softpack-Batterie im Allgemeinen platzen und brechen und nicht explodieren. 2) Geringes Gewicht, das Gewicht der Softpack-Batterie ist 40 % leichter als das der Lithium-Batterie mit Stahlhülle und der gleichen Kapazität und 20 % leichter als das der Lithium-Batterie mit Aluminiumhülle. 3) Kleiner Innenwiderstand, der Innenwiderstand der Softpack-Batterie ist kleiner als der der Lithiumbatterie, wodurch der Eigenverbrauch der Batterie stark reduziert werden kann. 4) Die Zyklenleistung ist gut, die Zyklenlebensdauer der Softpack-Batterie ist länger und die Zersetzung nach 100 Zyklen ist 4 % bis 7 % geringer als die des Aluminiumgehäuses. 5) Das Design ist flexibel, die Form kann in jede beliebige Form geändert werden, es kann dünner sein und neue Zellmodelle können entsprechend den Kundenanforderungen entwickelt werden. Die Nachteile von Softpack-Batterien sind schlechte Konsistenz, hohe Kosten, leichtes Auslaufen und eine hohe technische Schwelle.

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Abbildung 4. Zusammensetzung der Softpack-Batterie

Weltklasse-Batteriehersteller wie das südkoreanische LG und das japanische ASEC haben Softpack-Power-Batterien in Serie produziert, die in Elektromodellen und Plug-in-Hybridmodellen großer Autohersteller wie Nissan, Chevrolet und Ford verwendet werden, einschließlich der die drei größten Produktions- und Verkaufsmodelle der Welt. Blatt und Volt. Der Batteriegigant meines Landes, Wanxiang, und die Nachzügler Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride und Gateway Power haben ebenfalls mit der Massenproduktion von Softpack-Batterien begonnen, um große Autohersteller wie BAIC und SAIC zu beliefern.

3. Quadratische Batterie

Die Popularität von quadratischen Batterien ist in China sehr hoch. Mit dem Aufkommen von Autobatterien in den letzten Jahren ist der Widerspruch zwischen der Reichweite des Fahrzeugs und der Batteriekapazität immer deutlicher geworden. Hersteller von Haushaltsbatterien verwenden hauptsächlich quadratische Batterien mit Aluminiumgehäuse und hoher Batterieenergiedichte. , Da die Struktur der quadratischen Batterie relativ einfach ist, im Gegensatz zur zylindrischen Batterie, die hochfesten Edelstahl als Gehäuse und Zubehör mit explosionssicheren Sicherheitsventilen verwendet, ist das gesamte Zubehör leicht und hat eine relativ hohe Energiedichte. Das quadratische Batteriegehäuse besteht hauptsächlich aus Aluminiumlegierung, Edelstahl und anderen Materialien, und durch die interne Verwendung von Wickel- oder Laminierungsprozessen ist der Schutz der Batterie besser als der von Aluminium-Kunststoff-Folienbatterien (dh Softpack-Batterien). und die Sicherheit der Batterie ist relativ zylindrisch. Typbatterien wurden ebenfalls stark verbessert.

Abbildung 5. Quadratische Zellstruktur

Da die quadratische Lithiumbatterie jedoch an die Größe des Produkts angepasst werden kann, gibt es Tausende von Modellen auf dem Markt, und da es zu viele Modelle gibt, ist der Prozess schwer zu vereinheitlichen. Es ist kein Problem, quadratische Batterien in gewöhnlichen elektronischen Produkten zu verwenden, aber für Industrieausrüstungsprodukte, die mehrere Reihen und parallel erfordern, ist es am besten, standardisierte zylindrische Lithiumbatterien zu verwenden, damit der Produktionsprozess gewährleistet ist und es einfacher ist, Ersatz zu finden in der Zukunft. Batterie.

Zu den in- und ausländischen Unternehmen, die quadratisch als Verpackungsprozess verwenden, gehören hauptsächlich Samsung SDI (die Verpackungsform ist hauptsächlich quadratisch, und das positive Elektrodenmaterial verwendet ternäre NCM- und NCA-Materialien. Es verfolgt aktiv die Produktion von 21700-Batterien), BYD (Power Batterien sind hauptsächlich quadratische Aluminiumschalen), das Kathodenmaterial ist hauptsächlich Lithiumeisenphosphat, und es hat auch Forschung und Entwicklung und technische Reserven von ternären Batterien durchgeführt), CATL (die Produkte sind hauptsächlich quadratische Aluminiumschalenbatterien und das Kathodenmaterial umfasst Lithium-Eisen-Phosphat und ternär Technische Route Lithium-Eisen-Phosphat Hauptsächlich in Energiespeichern und Bussen verwendet, begann CATL 2015, sich vollständig ternären Materialien zuzuwenden und lieferte ternäre Batteriepakete für Personenkraftwagen von BMW, Geely und anderen Unternehmen), Guoxuan Hi-Tech (hauptsächlich in Form von quadratischen Verpackungen, und das Material der positiven Elektrode umfasst Lithiumeisenphosphat und ternäre Materialien), TianjinLichen usw.

Generell haben die drei Verpackungsarten Zylinder-, Quadrat- und Softpacks ihre eigenen Vor- und Nachteile, und jede Batterie hat ihr eigenes dominantes Feld. Die beste Verpackungsmethode kann anhand der Materialeigenschaften der Batterie, der Produktanwendungsbereiche, der Produkteigenschaften usw. kombiniert mit den Eigenschaften der Verpackungsform bestimmt werden. Jedoch hat jeder Verpackungstyp von Batterien seine eigenen technologischen Schwierigkeiten. Gutes Batteriedesign beinhaltet komplexe Probleme in vielen Bereichen wie Elektrochemie, Wärme, Elektrizität und Mechanik, was hohe Anforderungen an Batteriedesigner stellt. Lithium-Batterie-Leute müssen sich noch weiter anstrengen!