فرم‌های بسته‌بندی باتری لیتیومی سه پایه هستند، یعنی سه سیلندر، بسته‌های نرم و مربعی که بیشترین استفاده را دارند. سه فرم بسته بندی مزایا و معایب خاص خود را دارند و با توجه به کاربرد آنها می توان آنها را انتخاب کرد.

1. استوانه ای

باتری لیتیومی استوانه ای برای اولین بار توسط شرکت SONY در ژاپن در سال 1992 اختراع شد. از آنجایی که باتری لیتیومی استوانه ای 18650 سابقه طولانی دارد، ضریب نفوذ در بازار بالا است. باتری لیتیومی استوانه ای فرآیند سیم پیچی بالغ، درجه بالایی از اتوماسیون و کیفیت محصول پایدار و هزینه نسبتا کم را اتخاذ می کند. انواع مختلفی از باتری های لیتیومی استوانه ای مانند 17490، 14650، 18650، 26650، وجود دارد.

21700 و غیره باتری های لیتیومی استوانه ای در بین شرکت های باتری لیتیومی در ژاپن و کره جنوبی محبوب هستند.

از مزایای نوع سیم پیچ استوانه ای می توان به فرآیند سیم پیچ بالغ، درجه اتوماسیون بالا، راندمان تولید بالا، قوام خوب و هزینه نسبتا کم اشاره کرد. معایب شامل استفاده کم از فضای ناشی از شکل استوانه ای و توزیع دما ناشی از هدایت حرارتی شعاعی ضعیف است. صبر کن. به دلیل هدایت حرارتی شعاعی ضعیف باتری استوانه ای، تعداد دورهای سیم پیچ باتری نباید زیاد باشد (تعداد پیچ ​​های سیم پیچ باتری 18650 معمولاً حدود 20 دور است) بنابراین ظرفیت مونومر کم است و مقدار زیادی باتری برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی مورد نیاز است. مونومرها ماژول‌های باتری و بسته‌های باتری را تشکیل می‌دهند که از دست رفتن اتصال و پیچیدگی مدیریت را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

شکل 1. باتری استوانه ای 18650

یک شرکت معمولی برای بسته بندی استوانه ای پاناسونیک ژاپن است. در سال 2008، پاناسونیک و تسلا برای اولین بار با یکدیگر همکاری کردند و باتری اکسید کبالت لیتیوم 18650 توسط اولین مدل رودستر تسلا به کار گرفته شد. در سال 2014، پاناسونیک سرمایه گذاری مشترک با تسلا را برای ساخت Gigafactory، یک کارخانه باتری فوق العاده، اعلام کرد و رابطه بین این دو بیشتر شد. پاناسونیک معتقد است که خودروهای الکتریکی باید از باتری های 18650 استفاده کنند، به طوری که حتی اگر یکی از باتری ها از کار بیفتد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، بر عملکرد کل سیستم تأثیر نمی گذارد.

تصویر

شکل 2. چرا باتری استوانه ای 18650 را انتخاب کنید

همچنین شرکت‌های بزرگی وجود دارند که باتری‌های لیتیومی استوانه‌ای را در چین تولید می‌کنند. به عنوان مثال، BAK Battery، Jiangsu Zhihang، Tianjin Lishen، Shanghai Delangeng و سایر شرکت ها در جایگاه پیشرو باتری های لیتیومی استوانه ای در چین قرار دارند. باتری های آهن-لیتیوم و اتوبوس های شارژ سریع Yinlong از باتری های لیتیوم تیتانات استفاده می کنند که هر دو به شکل بسته بندی استوانه ای هستند.

جدول 1: آمار ظرفیت نصب شده 10 شرکت برتر باتری استوانه ای و مدل های مربوط به آنها بر حسب چگالی انرژی در سال 2017

تصویر

2. کیسه نرم

مواد کلیدی مورد استفاده در باتری‌های لیتیومی بسته نرم – مواد الکترود مثبت، مواد الکترود منفی و جداکننده‌ها – تفاوت زیادی با باتری‌های لیتیومی پوسته فولادی و آلومینیومی سنتی ندارند. بزرگترین تفاوت مواد بسته بندی انعطاف پذیر (فیلم کامپوزیت آلومینیوم-پلاستیک) است. این ماده حیاتی ترین و از نظر فنی دشوارترین ماده در باتری های لیتیومی با بسته بندی نرم است. مواد بسته بندی انعطاف پذیر معمولاً به سه لایه تقسیم می شوند، یعنی یک لایه مانع بیرونی (به طور کلی یک لایه محافظ بیرونی از نایلون BOPA یا PET)، یک لایه مانع (ورقه آلومینیومی در لایه میانی) و یک لایه داخلی (لایه مانع بالا چند منظوره). ).

شکل 3. ساختار فیلم پلاستیکی آلومینیومی

مواد بسته بندی و ساختار سلول های کیسه ای طیف وسیعی از مزایای را به آنها می دهد. 1) عملکرد ایمنی خوب است. باتری بسته نرم با ساختار آلومینیومی پلاستیکی بسته بندی شده است. هنگامی که یک مشکل ایمنی رخ می دهد، باتری بسته نرم به طور کلی می ترکد و ترک می خورد و منفجر نمی شود. 2) وزن سبک، وزن باتری بسته نرم 40٪ سبک تر از باتری لیتیومی پوسته فولادی با همان ظرفیت و 20٪ سبک تر از باتری لیتیومی پوسته آلومینیومی است. 3) مقاومت داخلی کوچک، مقاومت داخلی باتری نرم پک کوچکتر از باتری لیتیومی است که می تواند تا حد زیادی مصرف خود باتری را کاهش دهد. 4) عملکرد چرخه خوب است، عمر چرخه باتری بسته نرم بیشتر است، و پوسیدگی پس از 100 چرخه 4٪ تا 7٪ کمتر از مورد آلومینیومی است. 5) طراحی انعطاف پذیر است، شکل را می توان به هر شکلی تغییر داد، می توان آن را نازک تر کرد و مدل های سلولی جدید را می توان با توجه به نیاز مشتری توسعه داد. معایب باتری های بسته نرم عبارتند از قوام ضعیف، هزینه بالا، نشتی آسان و آستانه فنی بالا.

تصویر

شکل 4. ترکیب باتری بسته نرم

سازندگان باتری در کلاس جهانی مانند LG کره جنوبی و ASEC ژاپن، باتری‌های Soft-pack را به تولید انبوه رسانده‌اند که در مدل‌های الکتریکی و مدل‌های هیبریدی پلاگین شرکت‌های خودروسازی بزرگ مانند نیسان، شورولت و فورد، از جمله سه مدل بزرگ تولید و فروش جهان برگ و ولت. غول باتری کشور من Wanxiang و Funeng Technology، Yiwei Lithium Energy، Polyfluoride و Gateway Power نیز تولید انبوه باتری‌های بسته نرم را برای عرضه شرکت‌های خودروسازی بزرگ مانند BAIC و SAIC آغاز کرده‌اند.

3. باتری مربعی

محبوبیت باتری های مربعی در چین بسیار زیاد است. با افزایش باتری‌های خودرو در سال‌های اخیر، تناقض بین برد خودرو و ظرفیت باتری به طور فزاینده‌ای برجسته شده است. تولید کنندگان باتری های برق خانگی بیشتر از باتری های مربعی پوسته آلومینیومی با چگالی انرژی باتری بالا استفاده می کنند. از آنجایی که ساختار باتری مربعی نسبتا ساده است، برخلاف باتری استوانه ای که از فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا به عنوان پوسته و لوازم جانبی با سوپاپ های ایمنی ضد انفجار استفاده می کند، لوازم جانبی کلی وزن سبک و چگالی انرژی نسبتا بالایی دارند. جعبه باتری مربعی بیشتر از آلیاژ آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و سایر مواد ساخته شده است و استفاده داخلی از فرآیند سیم پیچ یا لمینیت، محافظت از باتری بهتر از باتری فیلم آلومینیومی پلاستیکی (یعنی باتری بسته نرم) است. و ایمنی باتری نسبتاً استوانه ای است. نوع باتری ها نیز تا حد زیادی بهبود یافته اند.

شکل 5. ساختار سلول مربعی

با این حال، از آنجایی که باتری لیتیوم مربعی را می توان با توجه به اندازه محصول سفارشی کرد، هزاران مدل در بازار وجود دارد و از آنجایی که مدل های زیادی وجود دارد، یکپارچه سازی فرآیند دشوار است. استفاده از باتری های مربعی در محصولات الکترونیکی معمولی مشکلی ندارد، اما برای محصولات تجهیزات صنعتی که نیاز به سری های متعدد و موازی دارند، بهتر است از باتری های لیتیومی استوانه ای استاندارد استفاده شود تا فرآیند تولید تضمین شود و جایگزینی راحت تری پیدا شود. در آینده. باتری.

شرکت‌های داخلی و خارجی که از مربع به عنوان فرآیند بسته‌بندی استفاده می‌کنند، عمدتاً شامل Samsung SDI (شکل بسته‌بندی عمدتاً مربعی است و مواد الکترود مثبت از مواد سه تایی NCM و NCA استفاده می‌کند. تولید 21700 باتری را به طور جدی دنبال می‌کند)، BYD (قدرت) باتری ها عمدتاً پوسته های آلومینیومی مربعی هستند)، مواد کاتد عمدتاً از فسفات آهن لیتیوم است و همچنین در حال انجام تحقیق و توسعه و ذخایر فنی باتری های سه تایی است)، CATL (محصولات عمدتاً باتری های پوسته آلومینیومی مربعی هستند و مواد کاتد شامل می شود. فسفات آهن لیتیوم و سه تایی مسیر فنی فسفات آهن لیتیوم که عمدتاً در ذخیره سازی انرژی و اتوبوس ها استفاده می شود، CATL در سال 2015 به طور کامل به مواد سه تایی روی آورد و بسته های باتری سه تایی را برای خودروهای سواری BMW، جیلی و سایر شرکت ها فراهم کرد. Guoxuan Hi-Tech (عمدتا به صورت بسته بندی مربعی شکل و مواد الکترود مثبت شامل فسفات آهن لیتیوم و مواد سه تایی) تیانجینلیشن و غیره

به طور کلی سه نوع بسته بندی بسته های استوانه ای، مربعی و نرم دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و هر باتری میدان غالب خود را دارد. بهترین روش بسته بندی را می توان با توجه به ویژگی های مواد باتری، زمینه های کاربرد محصول، ویژگی های محصول و غیره همراه با ویژگی های فرم بسته بندی تعیین کرد. با این حال، هر نوع بسته بندی باتری مشکلات تکنولوژیکی خاص خود را دارد. طراحی خوب باتری شامل مشکلات پیچیده در بسیاری از زمینه ها مانند الکتروشیمی، گرما، الکتریسیته و مکانیک است که الزامات زیادی را برای طراحان باتری ایجاد می کند. مردم باتری لیتیومی هنوز به تلاش خود نیاز دارند!