Liitiumpatareide pakendivormid on kolmejalgsed ehk kolm enimkasutatavat silindrit, pehmet pakki ja ruutu. Kolmel pakendivormil on oma eelised ja puudused ning neid saab valida vastavalt nende kasutamisele.

1. Silindriline

Silindrilise liitiumaku leiutas esmakordselt SONY ettevõte Jaapanis 1992. aastal. Kuna 18650 silindrilise liitiumaku ajalugu on pikk, on turule sisenemise määr kõrge. Silindriline liitiumaku kasutab küpset mähisprotsessi, kõrget automatiseerimisastet ja toote kvaliteeti, stabiilset ja suhteliselt madalat kulu. Silindrilisi liitiumakusid on mitut tüüpi, näiteks 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 jne. Silindrilised liitiumakud on Jaapani ja Lõuna-Korea liitiumakufirmade seas populaarsed.

Silindrilise mähise tüübi eeliste hulka kuuluvad küps mähisprotsess, kõrge automatiseerituse tase, kõrge tootmise efektiivsus, hea konsistents ja suhteliselt madalad kulud. Puuduseks on silindrilisest kujust tingitud madal ruumikasutus ja halvast radiaalsest soojusjuhtivusest tingitud temperatuurijaotus. Oota. Silindrilise aku halva radiaalse soojusjuhtivuse tõttu ei tohiks aku mähiskäikude arv olla liiga palju (18650 aku mähispöördete arv on üldiselt umbes 20 pööret), mistõttu monomeeri maht on väike ja elektrisõidukites kasutamiseks on vaja palju akut. Monomeerid moodustavad akumooduleid ja akupakette, mis suurendab oluliselt ühenduse katkemist ja haldamise keerukust.

Joonis 1. 18650 silindriline aku

Tüüpiline silinderpakendite ettevõte on Jaapani Panasonic. 2008. aastal tegid Panasonic ja Tesla esimest korda koostööd ning 18650 liitiumkoobaltoksiidi aku võttis kasutusele Tesla esimene mudel Roadster. 2014. aastal teatas Panasonic ühisettevõttest Teslaga superakutehase Gigafactory ehitamiseks ja nende kahe suhe läks veelgi kaugemale. Panasonicu hinnangul peaksid elektrisõidukid kasutama 18650 akut, et isegi ühe aku rikke korral ei mõjutaks see kogu süsteemi tööd, nagu on näidatud joonisel 2.

pilt

Joonis 2. Miks valida 18650 silindriline aku

Hiinas on ka suuremahulisi ettevõtteid, mis toodavad silindrilisi liitiumakusid. Näiteks BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng ja teised ettevõtted on Hiinas silindriliste liitiumakude osas juhtival positsioonil. Raud-liitiumakud ja Yinlongi kiirlaadimisbussid kasutavad liitiumtitanaadi akusid, mõlemad silindrilise pakendi kujul.

Tabel 1: Statistika 10 parima silindriliste patareide ettevõtte installeeritud võimsuse ja nende vastavate mudelite kohta ühe energiatiheduse järgi 2017. aastal

pilt

2. Pehme kott

Pehmepakendites liitiumakudes kasutatavad põhimaterjalid – positiivsete elektroodide materjalid, negatiivsete elektroodide materjalid ja separaatorid – ei erine palju traditsioonilistest teras- ja alumiiniumkestaga liitiumakudest. Suurim erinevus on painduv pakkematerjal (alumiinium-plast komposiitkile). See on pehmepakendites liitiumakudes kõige kriitilisem ja tehniliselt keerulisem materjal. Paindlikud pakkematerjalid jagunevad tavaliselt kolmeks kihiks, nimelt väliseks tõkkekihiks (üldiselt nailonist BOPA-st või PET-st koosnev välimine kaitsekiht), tõkkekihiks (keskkihis alumiiniumfoolium) ja sisemiseks kihiks (multifunktsionaalne kõrge tõkkekiht). ).

Joonis 3. Alumiiniumplastkile struktuur

Kotirakkude pakkematerjal ja struktuur annavad neile hulga eeliseid. 1) Ohutusvõime on hea. Pehmepakendiline aku on pakendatud alumiinium-plastkilega. Ohutusprobleemide ilmnemisel pehme aku üldiselt lõhkeb ja praguneb ega plahvata. 2) Kerge kaal, pehme aku kaal on 40% kergem kui sama mahutavusega teraskest liitiumaku ja 20% kergem kui alumiiniumkest liitiumaku oma. 3) Väike sisetakistus, pehme aku sisetakistus on väiksem kui liitiumaku, mis võib oluliselt vähendada aku omatarbimist. 4) Tsükli jõudlus on hea, pehme aku tsükli eluiga on pikem ja lagunemine pärast 100 tsüklit on 4–7% väiksem kui alumiiniumkorpusel. 5) Disain on paindlik, kuju saab muuta mis tahes kujuga, see võib olla õhem ja vastavalt kliendi vajadustele saab välja töötada uusi rakumudeleid. Pehmepatareide puudused on halb konsistents, kõrge hind, lihtne lekkimine ja kõrge tehniline lävi.

pilt

Joonis 4. Pehme aku koostis

Maailmatasemel akutootjatel, nagu Lõuna-Korea LG ja Jaapani ASEC, on masstootmises pehmed toiteakud, mida kasutatakse suurte autofirmade, nagu Nissan, Chevrolet ja Ford, elektrimudelites ja pistikhübriidmudelites, sealhulgas maailma kolm suurimat tootmis- ja müügimudelit. Leht ja Volt. minu kodumaa akude hiiglane Wanxiang ja hilinenud ettevõtted Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride ja Gateway Power on samuti alustanud pehmete akude masstootmist, et varustada suuri autotootjaid, nagu BAIC ja SAIC.

3. Ruudukujuline aku

Kandiliste patareide populaarsus on Hiinas väga kõrge. Seoses autoakude kasvuga viimastel aastatel on vastuolu sõidukite sõiduulatuse ja aku mahutavuse vahel muutunud üha silmatorkavamaks. Kodused akude tootjad kasutavad enamasti suure aku energiatihedusega alumiiniumkestaga ruudukujulisi akusid. , Kuna ruudukujulise aku struktuur on suhteliselt lihtne, erinevalt silindrilisest akust, mille kestana kasutatakse ülitugevat roostevaba terast ja plahvatuskindlate kaitseklappidega tarvikuid, on üldised tarvikud kerged ja suhteliselt suure energiatihedusega. Ruudukujuline akuümbris on enamasti valmistatud alumiiniumisulamist, roostevabast terasest ja muudest materjalidest ning sisemine mähis- või lamineerimisprotsess on aku kaitse parem kui alumiiniumplastkile aku (st pehme aku) kaitse. ja aku ohutus on suhteliselt silindriline. Ka tüüppatareisid on kõvasti täiustatud.

Joonis 5. Ruudukujuline lahtri struktuur

Kuna aga ruudukujulist liitiumakut saab kohandada vastavalt toote suurusele, on turul tuhandeid mudeleid ja kuna mudeleid on liiga palju, on protsessi keeruline ühtlustada. Tavalistes elektroonikatoodetes pole ruudukujuliste patareide kasutamisel probleeme, kuid tööstusseadmete jaoks, mis nõuavad mitut seeriat ja paralleelselt, on kõige parem kasutada standardseid silindrilisi liitiumakusid, et tootmisprotsess oleks tagatud ja asendusi oleks lihtsam leida. tulevikus. Aku.

Kodumaiste ja välismaiste ettevõtete seas, kes kasutavad pakkimisprotsessina ruudukujulist värvi, on peamiselt Samsung SDI (pakendivorm on peamiselt ruudukujuline ja positiivse elektroodi materjal kasutab kolmekomponentseid NCM- ja NCA-materjale. Ta jälgib aktiivselt 21700 aku tootmist), BYD (võimsus). akud on peamiselt ruudukujulised alumiiniumkestad), katoodi materjal on peamiselt liitiumraudfosfaat, samuti on ta tegelenud kolmekomponentsete patareide uurimis- ja arendustegevuse ning tehniliste reservidega), CATL (tooted on peamiselt ruudukujulised alumiiniumkoorega akud ja katoodimaterjal sisaldab liitiumraudfosfaat ja kolmekomponentne.Liitiumraudfosfaadi tehniline marsruut Peamiselt energiasalvestites ja bussides kasutatav CATL hakkas täielikult kolmekomponentsete materjalide poole pöörduma 2015. aastal, pakkudes kolmekomponentseid akusid BMW, Geely ja teiste ettevõtete sõiduautodele), Guoxuan Hi-Tech (peamiselt ruudukujulise pakendi kujul ja positiivse elektroodi materjal sisaldab liitiumraudfosfaati ja kolmekomponentseid materjale), TianjinLishen jne.

Üldiselt on kolmel silindriliste, ruudukujuliste ja pehmete pakendite pakenditüübil oma eelised ja puudused ning igal akul on oma domineeriv valdkond. Parima pakkimismeetodi saab määrata vastavalt aku materjali omadustele, toote kasutusaladele, toote omadustele jne kombineerituna pakendivormi omadustega. Igal aku pakenditüübil on aga oma tehnoloogilised raskused. Hea aku disain hõlmab keerulisi probleeme paljudes valdkondades, nagu elektrokeemia, soojus-, elekter ja mehaanika, mis seab akude projekteerijatele kõrged nõuded. Liitiumakuga inimesed peavad ikka veel pingutama!