Las formas de empaque de la batería de litio son de tres patas, es decir, los tres cilindros, paquetes blandos y cuadrados más utilizados. Las tres formas de envasado tienen sus propias ventajas y desventajas, y pueden seleccionarse según su uso.

1. Cilíndrico

La batería de litio cilíndrica fue inventada por primera vez por la empresa SONY en Japón en 1992. Debido a que la batería de litio cilíndrica 18650 tiene una larga historia, la tasa de penetración en el mercado es alta. La batería de litio cilíndrica adopta un proceso de bobinado maduro, alto grado de automatización y calidad del producto Estable y de costo relativamente bajo. Hay muchos tipos de baterías de litio cilíndricas, como 17490, 14650, 18650, 26650,

21700, etc. Las baterías de litio cilíndricas son populares entre las empresas de baterías de litio en Japón y Corea del Sur.

Las ventajas del tipo de bobinado cilíndrico incluyen un proceso de bobinado maduro, alto grado de automatización, alta eficiencia de producción, buena consistencia y costo relativamente bajo. Las desventajas incluyen la baja utilización del espacio provocada por la forma cilíndrica y la distribución de la temperatura provocada por la mala conductividad térmica radial. Esperar. Debido a la baja conductividad térmica radial de la batería cilíndrica, el número de vueltas de bobinado de la batería no debe ser demasiado (el número de vueltas de bobinado de la batería 18650 es generalmente de unas 20 vueltas), por lo que la capacidad del monómero es pequeña y Se requiere una gran cantidad de batería para su aplicación en vehículos eléctricos. Los monómeros forman módulos de batería y paquetes de baterías, lo que aumenta considerablemente la pérdida de conexión y la complejidad de la gestión.

Figura 1. Batería cilíndrica 18650

Una empresa típica de envases cilíndricos es Panasonic de Japón. En 2008, Panasonic y Tesla cooperaron por primera vez, y el primer modelo Roadster de Tesla adoptó la batería de óxido de cobalto y litio 18650. En 2014, Panasonic anunció una empresa conjunta con Tesla para construir Gigafactory, una súper fábrica de baterías, y la relación entre los dos fue más allá. Panasonic cree que los vehículos eléctricos deben usar baterías 18650, de modo que incluso si una batería falla, no afectará el funcionamiento de todo el sistema, como se muestra en la Figura 2.

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Figura 2. Por qué elegir la batería cilíndrica 18650

También hay empresas a gran escala que producen baterías de litio cilíndricas en China. Por ejemplo, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng y otras empresas se encuentran en la posición de liderazgo de las baterías de litio cilíndricas en China. Las baterías de hierro-litio y los autobuses de carga rápida de Yinlong utilizan baterías de titanato de litio, ambas en forma de empaque cilíndrico.

Tabla 1: Estadísticas sobre la capacidad instalada de las 10 principales empresas de baterías cilíndricas y sus modelos correspondientes en términos de densidad de energía única en 2017

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2. Bolsa blanda

Los materiales clave utilizados en las baterías de litio de paquete blando (materiales de electrodos positivos, materiales de electrodos negativos y separadores) no son muy diferentes de las baterías de litio tradicionales con carcasa de acero y aluminio. La mayor diferencia es el material de embalaje flexible (película compuesta de aluminio y plástico). Es el material más crítico y técnicamente más difícil en las baterías de litio de paquete blando. Los materiales de embalaje flexible se suelen dividir en tres capas, a saber, una capa de barrera exterior (generalmente una capa protectora exterior compuesta de nailon BOPA o PET), una capa de barrera (lámina de aluminio en la capa intermedia) y una capa interior (capa de alta barrera multifuncional). ).

Figura 3. Estructura de película plástica de aluminio.

El material de empaque y la estructura de las celdas de la bolsa les brindan una variedad de ventajas. 1) El rendimiento de seguridad es bueno. La batería de paquete blando está empaquetada con una estructura de película de aluminio y plástico. Cuando ocurre un problema de seguridad, la batería blanda generalmente estallará y se agrietará, y no explotará. 2) Peso ligero, el peso de la batería de paquete blando es un 40% más ligero que el de la batería de litio con carcasa de acero con la misma capacidad y un 20% más ligero que el de la batería de litio con carcasa de aluminio. 3) Pequeña resistencia interna, la resistencia interna de la batería del paquete blando es más pequeña que la de la batería de litio, lo que puede reducir en gran medida el autoconsumo de la batería. 4) El rendimiento del ciclo es bueno, la vida útil del ciclo de la batería de paquete blando es más larga y la descomposición después de 100 ciclos es de 4% a 7% menor que la de la carcasa de aluminio. 5) El diseño es flexible, la forma se puede cambiar a cualquier forma, puede ser más delgada y se pueden desarrollar nuevos modelos de celdas de acuerdo con las necesidades del cliente. Las desventajas de las baterías blandas son la mala consistencia, el alto costo, las fugas fáciles y el alto umbral técnico.

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Figura 4. Composición de la batería de paquete blando

Los fabricantes de baterías de clase mundial como LG de Corea del Sur y ASEC de Japón tienen baterías de energía de paquete blando producidas en masa, que se utilizan en modelos eléctricos y modelos híbridos enchufables de grandes compañías automotrices como Nissan, Chevrolet y Ford, incluida la los tres modelos de producción y ventas más grandes del mundo. Hoja y Voltio. El gigante de las baterías de mi país, Wanxiang, y los recién llegados Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride y Gateway Power también han comenzado la producción en masa de baterías blandas para abastecer a grandes empresas automotrices como BAIC y SAIC.

3. Batería cuadrada

La popularidad de las baterías cuadradas es muy alta en China. Con el auge de las baterías eléctricas para automóviles en los últimos años, la contradicción entre el rango de crucero del vehículo y la capacidad de la batería se ha vuelto cada vez más prominente. Los fabricantes de baterías de energía doméstica utilizan principalmente baterías cuadradas de carcasa de aluminio con alta densidad de energía de la batería. Debido a que la estructura de la batería cuadrada es relativamente simple, a diferencia de la batería cilíndrica, que utiliza acero inoxidable de alta resistencia como carcasa y accesorios con válvulas de seguridad a prueba de explosiones, los accesorios en general son livianos y tienen una densidad de energía relativamente alta. La carcasa de la batería cuadrada está hecha principalmente de aleación de aluminio, acero inoxidable y otros materiales, y el uso interno del proceso de bobinado o laminación, la protección de la batería es mejor que la de la batería de película de aluminio y plástico (es decir, batería de paquete blando), y la seguridad de la batería es relativamente cilíndrica. Las baterías de tipo también se han mejorado mucho.

Figura 5. Estructura de celda cuadrada

Sin embargo, dado que la batería de litio cuadrada se puede personalizar según el tamaño del producto, hay miles de modelos en el mercado y, debido a que hay demasiados modelos, el proceso es difícil de unificar. No hay problema en usar baterías cuadradas en productos electrónicos comunes, pero para productos de equipos industriales que requieren múltiples series y paralelos, es mejor usar baterías de litio cilíndricas estandarizadas, para garantizar el proceso de producción y es más fácil encontrar reemplazos. en el futuro. Batería.

Las empresas nacionales y extranjeras que utilizan el cuadrado como proceso de embalaje incluyen principalmente Samsung SDI (la forma de embalaje es principalmente cuadrada, y el material del electrodo positivo utiliza materiales ternarios NCM y NCA. Está siguiendo activamente la producción de 21700 baterías), BYD (potencia Las baterías son principalmente carcasas de aluminio cuadradas), el material del cátodo es principalmente fosfato de hierro y litio, y también ha estado realizando investigación y desarrollo y reservas técnicas de baterías ternarias), CATL (los productos son principalmente baterías de carcasa de aluminio cuadrada, y el material del cátodo incluye fosfato de hierro y litio y ternario.Ruta técnica del fosfato de hierro y litioUsado principalmente en almacenamiento de energía y autobuses, CATL comenzó a recurrir completamente a materiales ternarios en 2015, proporcionando paquetes de baterías ternarias para automóviles de pasajeros de BMW, Geely y otras compañías), Guoxuan Hi-Tech (principalmente en forma de empaque cuadrado, y el material del electrodo positivo incluye fosfato de hierro y litio y materiales ternarios), TianjinLisén, etc.

En general, los tres tipos de envases cilíndricos, cuadrados y blandos tienen sus propias ventajas y desventajas, y cada batería tiene su propio campo dominante. El mejor método de embalaje se puede determinar de acuerdo con las características del material de la batería, los campos de aplicación del producto, las características del producto, etc. combinado con las características de la forma de embalaje. Sin embargo, cada tipo de paquete de batería tiene sus propias dificultades tecnológicas. Un buen diseño de baterías implica problemas complejos en muchos campos, como la electroquímica, el calor, la electricidad y la mecánica, lo que plantea altos requisitos para los diseñadores de baterías. ¡La gente de la batería de litio todavía necesita continuar el esfuerzo!