צורות אריזת סוללות ליתיום הן שלוש רגליים, כלומר שלושת הצילינדרים הנפוצים ביותר, אריזות רכות ומרובעים. לשלושת צורות האריזה יתרונות וחסרונות משלהן, וניתן לבחור אותן בהתאם לשימוש בהן.

1. גלילי

סוללת ליתיום גלילית הומצאה לראשונה על ידי חברת SONY ביפן בשנת 1992. מכיוון שלסוללת ליתיום גלילית 18650 יש היסטוריה ארוכה, קצב החדירה לשוק גבוה. סוללת ליתיום גלילית מאמצת תהליך סלילה בוגר, רמה גבוהה של אוטומציה ואיכות מוצר יציבה ובעלות נמוכה יחסית. ישנם סוגים רבים של סוללות ליתיום גליליות, כגון 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 וכו’. סוללות ליתיום גליליות פופולריות בקרב חברות סוללות ליתיום ביפן ובדרום קוריאה.

היתרונות של סוג סלילה גלילי כוללים תהליך סלילה בוגר, רמה גבוהה של אוטומציה, יעילות ייצור גבוהה, עקביות טובה ועלות נמוכה יחסית. החסרונות כוללים ניצול נמוך של שטח הנגרם על ידי צורה גלילית ופיזור טמפרטורה הנגרמת על ידי מוליכות תרמית רדיאלית ירודה. לַחֲכוֹת. בשל המוליכות התרמית הרדיאלית הירודה של הסוללה הגלילית, מספר סיבובי הפיתול של הסוללה לא צריך להיות יותר מדי (מספר סיבובי הפיתול של סוללת 18650 הוא בדרך כלל כ-20 סיבובים), כך שקיבולת המונומר קטנה, ו נדרשת כמות גדולה של סוללה ליישום ברכבים חשמליים. מונומרים יוצרים מודולי סוללה וחבילות סוללות, מה שמגדיל מאוד את אובדן החיבור ואת מורכבות הניהול.

איור 1. סוללה גלילית 18650

חברה טיפוסית לאריזות גליליות היא Panasonic היפנית. בשנת 2008, פנסוניק וטסלה שיתפו פעולה לראשונה, וסוללת 18650 ליתיום קובלט אוקסיד אומצה על ידי הדגם הראשון של רודסטר של טסלה. ב-2014 הודיעה פנסוניק על מיזם משותף עם טסלה לבניית Gigafactory, מפעל סוללות-על, והקשר בין השניים הלך רחוק יותר. פנסוניק מאמינה שכלי רכב חשמליים צריכים להשתמש בסוללות 18650, כך שגם אם סוללה אחת תקלה, זה לא ישפיע על פעולת המערכת כולה, כפי שמוצג באיור 2.

תמונה

איור 2. למה לבחור סוללה גלילית 18650

ישנם גם מפעלים בקנה מידה גדול המייצרים סוללות ליתיום גליליות בסין. לדוגמה, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng ומפעלים אחרים נמצאים בעמדה המובילה של סוללות ליתיום גליליות בסין. סוללות ברזל-ליתיום ואוטובוסים בעלי טעינה מהירה של Yinlong משתמשים בסוללות ליתיום טיטנאט, שתיהן בצורה של אריזה גלילית.

טבלה 1: נתונים סטטיסטיים על הקיבולת המותקנת של 10 חברות הסוללות הגליליות המובילות והדגמים המקבילים להן במונחים של צפיפות אנרגיה בודדת בשנת 2017

תמונה

2. תיק רך

חומרי המפתח המשמשים בסוללות ליתיום רך – חומרי אלקטרודה חיוביים, חומרי אלקטרודה שליליים ומפרידים – אינם שונים בהרבה מסוללות ליתיום מסורתיות עם מעטפת פלדה וקליפת אלומיניום. ההבדל הגדול ביותר הוא חומר האריזה הגמיש (סרט מרוכב מאלומיניום-פלסטיק). זהו החומר הקריטי והקשה ביותר מבחינה טכנית בסוללות ליתיום רך. חומרי אריזה גמישים מחולקים בדרך כלל לשלוש שכבות, כלומר, שכבת מחסום חיצונית (בדרך כלל שכבת הגנה חיצונית המורכבת מניילון BOPA או PET), שכבת מחסום (רדיד אלומיניום בשכבה האמצעית) ושכבה פנימית (שכבת מחסום גבוהה רב תכליתית ).

איור 3. מבנה סרט פלסטיק אלומיניום

חומר האריזה והמבנה של תאי הפאוץ’ מעניקים להם מגוון יתרונות. 1) ביצועי הבטיחות טובים. הסוללה הרכה ארוזה עם סרט אלומיניום-פלסטיק במבנה. כאשר מתרחשת בעיית בטיחות, הסוללה הרכה בדרך כלל תתפוצץ ותיסדק, ולא תתפוצץ. 2) משקל קל, משקל הסוללה הרכה קל ב-40% מזה של סוללת ליתיום מעטפת פלדה עם אותה קיבולת, וקל ב-20% מזה של סוללת ליתיום מעטפת אלומיניום. 3) התנגדות פנימית קטנה, ההתנגדות הפנימית של סוללת החבילה הרכה קטנה מזו של סוללת הליתיום, מה שיכול להפחית מאוד את הצריכה העצמית של הסוללה. 4) ביצועי המחזור טובים, חיי המחזור של הסוללה הרכה ארוכים יותר, והדעיכה לאחר 100 מחזורים קטנה ב-4% עד 7% מזו של מארז האלומיניום. 5) העיצוב גמיש, ניתן לשנות את הצורה לכל צורה, היא יכולה להיות דקה יותר, וניתן לפתח דגמי תאים חדשים בהתאם לצרכי הלקוח. החסרונות של סוללות רך הם עקביות ירודה, עלות גבוהה, דליפה קלה וסף טכני גבוה.

תמונה

איור 4. הרכב הסוללה של חבילה רכה

ליצרניות סוללות ברמה עולמית כמו LG מדרום קוריאה ו-ASEC היפנית יש סוללות כוח מארז רך בייצור המוני, המשמשות בדגמים חשמליים ודגמי פלאג-אין היברידיים של חברות רכב גדולות כמו ניסאן, שברולט ופורד, כולל שלושת דגמי הייצור והמכירות הגדולים בעולם. עלה וולט. ענקית הסוללות של ארצי Wanxiang והאחרונים Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride ו-Gateway Power החלו גם הם בייצור המוני של סוללות רך כדי לספק לחברות רכב גדולות כמו BAIC ו-SAIC.

3. סוללה מרובעת

הפופולריות של סוללות מרובעות גבוהה מאוד בסין. עם עליית סוללות הכוח לרכב בשנים האחרונות, הסתירה בין טווח השיוט של הרכב לקיבולת המצבר הופכת יותר ויותר בולטת. יצרני סוללות חשמל מקומיים משתמשים בעיקר בסוללות מרובעות במעטפת אלומיניום עם צפיפות אנרגיית סוללה גבוהה. , מכיוון שמבנה הסוללה המרובעת הוא פשוט יחסית, בשונה מהסוללה הגלילית, המשתמשת בפלדת אל חלד בעלת חוזק גבוה כמעטפת ואביזרים עם שסתומי בטיחות חסיני פיצוץ, האביזרים הכוללים הם קלים במשקל וצפיפות אנרגיה גבוהה יחסית. מארז הסוללה המרובע עשוי ברובו מסגסוגת אלומיניום, נירוסטה וחומרים אחרים, והשימוש הפנימי בתהליך פיתול או למינציה, ההגנה על הסוללה טובה יותר מזו של סוללת סרט אלומיניום-פלסטיק (כלומר סוללת אריזה רכה), ובטיחות הסוללה היא גלילית יחסית. סוג סוללות גם שופרו מאוד.

איור 5. מבנה תאים מרובע

עם זאת, מאחר וסוללת הליתיום המרובעת ניתנת להתאמה אישית לפי גודל המוצר, ישנם אלפי דגמים בשוק, ומכיוון שיש יותר מדי דגמים, קשה לאחד את התהליך. אין בעיה להשתמש בסוללות מרובעות במוצרים אלקטרוניים רגילים, אך עבור מוצרי ציוד תעשייתי הדורשים ריבוי סדרות ומקבילות, עדיף להשתמש בסוללות ליתיום גליליות סטנדרטיות, כדי שתהליך הייצור יהיה מובטח, ויהיה קל יותר למצוא תחליפים בעתיד. סוֹלְלָה.

חברות מקומיות וזרות המשתמשות בריבוע כתהליך האריזה כוללות בעיקר את Samsung SDI (צורת האריזה היא בעיקרה מרובעת, וחומר האלקטרודה החיובית משתמש בחומרי NCM ו-NCA טרינריים. הוא עוקב באופן פעיל אחר ייצור 21700 סוללות), BYD (כוח הסוללות הן בעיקר קונכיות אלומיניום מרובעות), חומר הקתודה הוא בעיקר ליתיום ברזל פוספט, וכן ערכה מחקר ופיתוח ועתודות טכניות של סוללות משולשות), CATL (המוצרים הם בעיקר סוללות מעטפת אלומיניום מרובעות, והחומר הקתודי כולל ליתיום ברזל פוספט וטרינרי. מסלול טכני של ליתיום ברזל פוספט בשימוש בעיקר באחסון אנרגיה ובאוטובוסים, CATL החלה לפנות באופן מלא לחומרים טרינריים בשנת 2015, לספק חבילות סוללות משולשות למכוניות נוסעים של BMW, Geely וחברות אחרות), Guoxuan Hi-Tech (בעיקר בצורה של אריזה מרובעת, וחומר האלקטרודה החיובית כולל פוספט ליתיום ברזל וחומרים טרינריים), טיאנג’יןלישן וכו’.

באופן כללי, לשלושת סוגי האריזות של אריזות גליליות, מרובעות ורכות יש יתרונות וחסרונות משלהם, ולכל מצבר תחום דומיננטי משלה. ניתן לקבוע את שיטת האריזה הטובה ביותר על פי מאפייני החומר של הסוללה, תחומי יישום המוצר, מאפייני המוצר וכו’ בשילוב עם מאפייני צורת האריזה. עם זאת, לכל סוג אריזה של סוללה יש קשיים טכנולוגיים משלו. תכנון טוב של סוללות כרוך בבעיות מורכבות בתחומים רבים כגון אלקטרוכימיה, חום, חשמל ומכניקה, מה שמציב דרישות גבוהות עבור מתכנני סוללות. אנשי סוללת ליתיום עדיין צריכים להמשיך במאמץ!