Oblici pakiranja litijevih baterija su trokraki, odnosno tri najčešće korištena cilindra, meka pakiranja i kvadrati. Tri oblika pakiranja imaju svoje prednosti i nedostatke te se mogu odabrati prema njihovoj namjeni.

1. Cilindrični

Cilindričnu litijsku bateriju prvi je izumio tvrtka SONY u Japanu 1992. Budući da 18650 cilindrična litijeva baterija ima dugu povijest, stopa prodora na tržište je visoka. Cilindrična litijeva baterija usvaja zreli proces namotavanja, visok stupanj automatizacije i kvalitetu proizvoda Stabilna i relativno niska cijena. Postoje mnoge vrste cilindričnih litij baterija, kao što su 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 itd. Cilindrične litijeve baterije popularne su među tvrtkama za litijeve baterije u Japanu i Južnoj Koreji.

Prednosti cilindričnog tipa namota uključuju zreli proces namota, visok stupanj automatizacije, visoku učinkovitost proizvodnje, dobru konzistenciju i relativno nisku cijenu. Nedostaci uključuju nisku iskorištenost prostora uzrokovanu cilindričnim oblikom i raspodjelu temperature uzrokovanu lošom radijalnom toplinskom vodljivošću. Čekati. Zbog slabe radijalne toplinske vodljivosti cilindrične baterije, broj zavoja namota baterije ne bi trebao biti prevelik (broj zavoja namotaja baterije 18650 je općenito oko 20 zavoja), pa je kapacitet monomera mali, a potrebna je velika količina baterije za primjenu u električnim vozilima. Monomeri tvore baterijske module i baterije, što uvelike povećava gubitak veze i složenost upravljanja.

Slika 1. 18650 cilindrična baterija

Tipična tvrtka za cilindrično pakiranje je japanski Panasonic. Godine 2008. Panasonic i Tesla su prvi put surađivali, a litij-kobalt oksidnu bateriju 18650 usvojio je prvi Teslin model Roadster. U 2014. Panasonic je najavio zajedničko ulaganje s Teslom za izgradnju Gigafactory, tvornice super baterija, a odnos između njih je otišao dalje. Panasonic smatra da bi električna vozila trebala koristiti baterije od 18650, tako da čak i ako jedna baterija pokvari, to neće utjecati na rad cijelog sustava, kao što je prikazano na slici 2.

slika

Slika 2. Zašto odabrati 18650 cilindričnu bateriju

U Kini postoje i velika poduzeća koja proizvode cilindrične litijeve baterije. Na primjer, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng i druga poduzeća su na vodećoj poziciji cilindričnih litijevih baterija u Kini. Željezo-litijeve baterije i Yinlong autobusi za brzo punjenje koriste litij-titanatne baterije, obje u obliku cilindričnog pakiranja.

Tablica 1: Statistički podaci o instaliranom kapacitetu 10 najboljih tvrtki za proizvodnju cilindričnih baterija i njihovih odgovarajućih modela u smislu pojedinačne gustoće energije u 2017.

slika

2. Meka torba

Ključni materijali koji se koriste u mekim pakiranim litij baterijama – materijali pozitivne elektrode, materijali negativnih elektroda i separatori – ne razlikuju se puno od tradicionalnih litijevih baterija s čeličnim i aluminijskim omotačem. Najveća razlika je u fleksibilnom ambalažnom materijalu (aluminijsko-plastična kompozitna folija). To je najkritičniji i tehnički najzahtjevniji materijal za meke litijeve baterije. Fleksibilni materijali za pakiranje obično su podijeljeni u tri sloja, odnosno vanjski sloj (obično vanjski zaštitni sloj sastavljen od najlona BOPA ili PET), sloj barijere (aluminijska folija u srednjem sloju) i unutarnji sloj (višenamjenski sloj visoke barijere). ).

Slika 3. Struktura aluminijske plastične folije

Materijal za pakiranje i struktura vrećica daju im niz prednosti. 1) Sigurnosna izvedba je dobra. Soft-pack baterija je pakirana aluminijsko-plastičnom folijom u strukturi. Kada dođe do sigurnosnog problema, mekana baterija će općenito puknuti i napuknuti te neće eksplodirati. 2) Mala težina, težina soft pack baterije je 40% lakša od one litij baterije sa čeličnom školjkom istog kapaciteta i 20% lakša od one litijeve baterije s aluminijskom školjkom. 3) Mali unutarnji otpor, unutarnji otpor soft pack baterije je manji od otpora litij baterije, što može uvelike smanjiti vlastitu potrošnju baterije. 4) Performanse ciklusa su dobre, životni vijek soft pack baterije je duži, a propadanje nakon 100 ciklusa je 4% do 7% manje nego kod aluminijskog kućišta. 5) Dizajn je fleksibilan, oblik se može promijeniti u bilo koji oblik, može biti tanji, a novi modeli ćelija mogu se razviti prema potrebama kupaca. Nedostaci mekih baterija su loša konzistencija, visoka cijena, lako curenje i visoki tehnički prag.

slika

Slika 4. Sastav baterije mekog pakiranja

Proizvođači baterija svjetske klase kao što su južnokorejski LG i japanski ASEC imaju masovno proizvedene soft-pack baterije koje se koriste u električnim modelima i plug-in hibridnim modelima velikih automobilskih tvrtki kao što su Nissan, Chevrolet i Ford, uključujući tri najveća svjetska modela proizvodnje i prodaje. List i Volt. gigant baterija moje zemlje Wanxiang i zakašnjeli Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride i Gateway Power također su započeli masovnu proizvodnju mekih baterija za opskrbu velikih automobilskih tvrtki kao što su BAIC i SAIC.

3. Četvrtasta baterija

Popularnost četvrtastih baterija je vrlo visoka u Kini. S porastom broja akumulatora za automobile posljednjih godina, kontradikcija između dometa vozila i kapaciteta baterije postaje sve izraženija. Domaći proizvođači električnih baterija uglavnom koriste četvrtaste baterije s aluminijskom školjkom visoke gustoće energije baterija. , Budući da je struktura četvrtaste baterije relativno jednostavna, za razliku od cilindrične baterije, koja koristi nehrđajući čelik visoke čvrstoće kao školjku i pribor sa protueksplozijskim sigurnosnim ventilima, cjelokupni pribor je lagan i relativno visoke gustoće energije. Kvadratno kućište baterije uglavnom je izrađeno od legure aluminija, nehrđajućeg čelika i drugih materijala, a unutarnja upotreba procesa namotavanja ili laminiranja, zaštita baterije je bolja od one baterije aluminijsko-plastične folije (tj. soft-pack baterija), a sigurnost baterije je relativno cilindrična. Tipske baterije su također uvelike poboljšane.

Slika 5. Struktura kvadratne ćelije

Međutim, budući da se četvrtasta litijska baterija može prilagoditi prema veličini proizvoda, na tržištu postoje tisuće modela, a budući da ima previše modela, proces je teško objediniti. Nema problema s korištenjem četvrtastih baterija u običnim elektroničkim proizvodima, ali za proizvode industrijske opreme koji zahtijevaju više serija i paralelno, najbolje je koristiti standardizirane cilindrične litijeve baterije, kako bi proces proizvodnje bio zajamčen, a lakše je pronaći zamjenu. u budućnosti. Baterija.

Domaće i strane tvrtke koje koriste kvadrat kao proces pakiranja uglavnom uključuju Samsung SDI (forma pakiranja je uglavnom četvrtasta, a materijal pozitivne elektrode koristi ternarne NCM i NCA materijale. Aktivno prati proizvodnju 21700 baterija), BYD (power baterije su uglavnom četvrtaste aluminijske školjke), materijal katode je uglavnom litij-željezni fosfat, a također provodi istraživanje i razvoj i tehničke rezerve trojnih baterija), CATL (proizvodi su uglavnom četvrtaste aluminijske baterije, a materijal katode uključuje litij-željezo-fosfat i ternarni. Tehnički put litij-željezo-fosfata Uglavnom se koristi u skladištenju energije i autobusima, CATL se počeo u potpunosti okretati trokomponentnim materijalima 2015. godine, pružajući trostruke baterije za osobna vozila BMW-a, Geelyja i drugih tvrtki), Guoxuan Hi-Tech (uglavnom u obliku četvrtastog pakiranja, a materijal pozitivne elektrode uključuje litij željezov fosfat i ternarne materijale), TianjinLishen itd.

Općenito, tri vrste pakiranja cilindričnog, četvrtastog i mekog pakiranja imaju svoje prednosti i nedostatke, a svaka baterija ima svoje dominantno polje. Najbolja metoda pakiranja može se odrediti prema karakteristikama materijala baterije, područjima primjene proizvoda, karakteristikama proizvoda itd. u kombinaciji s karakteristikama oblika pakiranja. Međutim, svaka vrsta pakiranja baterija ima svoje tehnološke poteškoće. Dobar dizajn baterije uključuje složene probleme u mnogim područjima kao što su elektrokemija, toplina, električna energija i mehanika, što postavlja visoke zahtjeve za dizajnere baterija. Ljudi na litij bateriji još uvijek moraju nastaviti s naporima!