Litiumakkujen pakkausmuodot ovat kolmijalkaisia ​​eli kolme eniten käytettyä sylinteriä, pehmeää pakkausta ja neliötä. Kolmella pakkausmuodolla on omat etunsa ja haittansa, ja ne voidaan valita käyttötarkoituksensa mukaan.

1. Sylinterimäinen

SONY-yhtiö Japanissa keksi ensimmäisen kerran lieriömäisen litiumakun vuonna 1992. Koska 18650 lieriömäisellä litiumakulla on pitkä historia, markkinoiden levinneisyysaste on korkea. Sylinterimäinen litiumakku käyttää kypsää käämitysprosessia, korkeaa automaatioastetta ja tuotteen laatua Vakaa ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Sylinterimäisiä litiumakkuja on monenlaisia, kuten 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 jne. Sylinterimäiset litiumakut ovat suosittuja litiumakkuyhtiöiden keskuudessa Japanissa ja Etelä-Koreassa.

Sylinterimäisen käämityksen etuja ovat kypsä käämitysprosessi, korkea automaatioaste, korkea tuotantotehokkuus, hyvä konsistenssi ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Haittoja ovat lieriömäisen muodon aiheuttama alhainen tilankäyttö ja huonon säteittäisen lämmönjohtavuuden aiheuttama lämpötilajakauma. Odota. Sylinterimäisen akun huonon säteittäisen lämmönjohtavuuden vuoksi akun käämityskierrosten lukumäärä ei saisi olla liian suuri (18650 akun käämityskierrosten määrä on yleensä noin 20 kierrosta), joten monomeerikapasiteetti on pieni, ja Sähköajoneuvoissa käytettäväksi tarvitaan suuri määrä akkua. Monomeerit muodostavat akkumoduuleja ja akkupaketteja, mikä lisää huomattavasti yhteyden katkeamista ja hallinnan monimutkaisuutta.

Kuva 1. 18650 sylinterimäinen akku

Tyypillinen sylinterimäisten pakkausten yritys on japanilainen Panasonic. Vuonna 2008 Panasonic ja Tesla tekivät yhteistyötä ensimmäistä kertaa, ja 18650 litiumkobolttioksidiakku otettiin käyttöön Teslan ensimmäisessä mallissa Roadsterissa. Vuonna 2014 Panasonic ilmoitti yhteisyrityksestään Teslan kanssa rakentaakseen Gigafactoryn, superakkutehtaan, ja näiden kahden välinen suhde meni pidemmälle. Panasonic uskoo, että sähköajoneuvoissa tulisi käyttää 18650 akkua, jotta vaikka yksi akku epäonnistuisi, se ei vaikuta koko järjestelmän toimintaan, kuten kuvassa 2 näkyy.

kuva

Kuva 2. Miksi valita 18650 sylinterimäinen akku

Kiinassa on myös suuria yrityksiä, jotka valmistavat sylinterimäisiä litiumakkuja. Esimerkiksi BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng ja muut yritykset ovat lieriömäisten litiumakkujen johtavassa asemassa Kiinassa. Iron-litium-akut ja Yinlong-pikalatauslinja-autot käyttävät litiumtitanaattiakkuja, molemmat sylinterimäisinä pakkauksina.

Taulukko 1: Tilastot 10 suurimman sylinterimäisen akkuyrityksen asennetusta kapasiteetista ja niitä vastaavista malleista yksittäisen energiatiheyden perusteella vuonna 2017

kuva

2. Pehmeä laukku

Pehmeäpakkaisissa litiumakuissa käytetyt keskeiset materiaalit – positiiviset elektrodimateriaalit, negatiiviset elektrodimateriaalit ja erottimet – eivät juurikaan eroa perinteisistä teräskuorisista ja alumiinikuorisista litiumakuista. Suurin ero on joustava pakkausmateriaali (alumiini-muovi-komposiittikalvo). Se on kriittisin ja teknisesti vaikein materiaali pehmeäpakkaisissa litiumakuissa. Joustavat pakkausmateriaalit jaetaan yleensä kolmeen kerrokseen, nimittäin ulompaan suojakerrokseen (yleensä ulompi suojakerros, joka koostuu nailonista BOPA:sta tai PET:stä), sulkukerrokseen (alumiinifolio keskikerroksessa) ja sisäkerrokseen (monitoiminen korkeasulkukerros). ).

Kuva 3. Alumiinimuovikalvorakenne

Pussisolujen pakkausmateriaali ja rakenne antavat niille joukon etuja. 1) Turvallisuussuorituskyky on hyvä. Soft-pack-akku on pakattu rakenteeltaan alumiini-muovikalvolla. Kun turvallisuusongelma ilmenee, softpack-akku yleensä räjähtää ja halkeilee, eikä se räjähdä. 2) Kevyt, pehmeän akun paino on 40% kevyempi kuin teräskuorinen litiumakku, jolla on sama kapasiteetti, ja 20% kevyempi kuin alumiinikuorinen litiumakku. 3) Pieni sisäinen vastus, pehmeän akun sisäinen vastus on pienempi kuin litiumakun, mikä voi vähentää huomattavasti akun omaa kulutusta. 4) Jakson suorituskyky on hyvä, pehmeän akun käyttöikä on pidempi ja heikkeneminen 100 jakson jälkeen on 4–7 % pienempi kuin alumiinikotelon. 5) Suunnittelu on joustava, muotoa voidaan muuttaa mihin tahansa muotoon, se voi olla ohuempi ja uusia kennomalleja voidaan kehittää asiakkaiden tarpeiden mukaan. Pehmeiden akkujen haittoja ovat huono konsistenssi, korkea hinta, helppo vuoto ja korkea tekninen kynnys.

kuva

Kuva 4. Pehmeän akun koostumus

Maailmanluokan akkuvalmistajilla, kuten eteläkorealainen LG ja japanilainen ASEC, on massatuotettuja soft-pack-akkuja, joita käytetään suurten autoyhtiöiden, kuten Nissanin, Chevroletin ja Fordin, sähkömalleissa ja pistokehybridimalleissa. maailman kolme suurinta tuotanto- ja myyntimallia. Lehti ja voltti. kotimaani akkujätti Wanxiang ja myöhään tulleet Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride ja Gateway Power ovat myös aloittaneet pehmeiden akkujen massatuotannon toimittamaan suuria autoyrityksiä, kuten BAIC ja SAIC.

3. Neliön muotoinen akku

Neliönmuotoisten paristojen suosio on erittäin korkea Kiinassa. Ajoneuvojen akkujen lisääntyessä viime vuosina, ristiriita ajoneuvojen matkamatkan ja akkukapasiteetin välillä on tullut yhä selvemmäksi. Kotimaiset akkujen valmistajat käyttävät enimmäkseen alumiinikuorisia nelikulmaisia ​​akkuja, joilla on korkea akun energiatiheys. , Koska neliömäisen akun rakenne on suhteellisen yksinkertainen, toisin kuin lieriömäisessä akussa, jonka kuorena käytetään erittäin lujaa ruostumatonta terästä ja lisävarusteita räjähdyssuojatuilla varoventtiileillä, yleisvarusteet ovat kevyitä ja suhteellisen korkealla energiatiheydellä. Neliömäinen akkukotelo on enimmäkseen valmistettu alumiiniseoksesta, ruostumattomasta teräksestä ja muista materiaaleista, ja käämitys- tai laminointiprosessin sisäinen käyttö, akun suojaus on parempi kuin alumiini-muovikalvoakun (eli soft-pack-akun), ja akun turvallisuus on suhteellisen sylinterimäinen. Myös akkutyyppiä on parannettu huomattavasti.

Kuva 5. Neliönmuotoinen solurakenne

Koska neliömäistä litiumakkua voidaan kuitenkin räätälöidä tuotteen koon mukaan, markkinoilla on tuhansia malleja, ja koska malleja on liian monta, prosessia on vaikea yhtenäistää. Neliömäisten paristojen käyttäminen tavallisissa elektroniikkatuotteissa ei ole ongelma, mutta teollisuuslaitetuotteissa, jotka vaativat useita sarjoja ja rinnakkaisakkuja, on parasta käyttää standardoituja sylinterimäisiä litiumakkuja, jotta tuotantoprosessi on taattu ja vaihtoja on helpompi löytää. tulevaisuudessa. Akku.

Kotimaisia ​​ja ulkomaisia ​​yrityksiä, jotka käyttävät neliötä pakkausprosessina, ovat pääasiassa Samsung SDI (pakkausmuoto on pääosin neliömäinen ja positiivisen elektrodin materiaalissa käytetään kolmikomponenttisia NCM- ja NCA-materiaaleja. Se seuraa aktiivisesti 21700 akun tuotantoa), BYD (power) akut ovat pääasiassa neliömäisiä alumiinikuoria), katodimateriaali on pääasiassa litiumrautafosfaattia, ja se on myös suorittanut tutkimusta ja kehitystä sekä kolmiosaisten akkujen teknisiä varantoja), CATL (tuotteet ovat pääasiassa neliömäisiä alumiinikuorisia akkuja, ja katodimateriaali sisältää litiumrautafosfaatti ja kolmikomponentti Litiumrautafosfaatti tekninen reitti Pääasiassa energiavarastoissa ja linja-autoissa käytetty CATL alkoi täysin siirtyä kolmikomponenttisiin materiaaleihin vuonna 2015, tarjoten kolmikomponenttisia akkuja BMW:n, Geelyn ja muiden yritysten henkilöautoihin), Guoxuan Hi-Tech (pääasiassa neliömäisen pakkauksen muodossa, ja positiivinen elektrodimateriaali sisältää litiumrautafosfaattia ja kolmikomponentteja), TianjinLishen jne.

Yleisesti ottaen kolmella lieriömäisellä, neliömäisellä ja pehmeällä pakkaustyypillä on omat etunsa ja haittansa, ja jokaisella akulla on oma hallitseva kenttänsä. Paras pakkaustapa voidaan määrittää akun materiaaliominaisuuksien, tuotteen käyttöalueiden, tuotteen ominaisuuksien jne. mukaan yhdistettynä pakkausmuodon ominaisuuksiin. Jokaisella akun pakkaustyypillä on kuitenkin omat tekniset vaikeutensa. Hyvä akkusuunnittelu sisältää monimutkaisia ​​ongelmia monilla aloilla, kuten sähkökemiassa, lämmössä, sähkössä ja mekaniikassa, mikä asettaa korkeat vaatimukset akkusuunnittelijoille. Litiumakkujen ihmisten on edelleen jatkettava vaivaa!