Verpakkingsvormen voor lithiumbatterijen zijn driepotig, dat wil zeggen de drie meest gebruikte cilinders, softpacks en vierkanten. De drie verpakkingsvormen hebben hun eigen voor- en nadelen en kunnen worden geselecteerd op basis van hun gebruik.

1. Cilindrisch:

Cilindrische lithiumbatterijen werden voor het eerst uitgevonden door het SONY-bedrijf in Japan in 1992. Omdat 18650 cilindrische lithiumbatterijen een lange geschiedenis hebben, is de marktpenetratiegraad hoog. Cilindrische lithiumbatterij maakt gebruik van volwassen wikkelproces, hoge mate van automatisering en productkwaliteit Stabiel en relatief lage kosten. Er zijn veel soorten cilindrische lithiumbatterijen, zoals 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 enz. Cilindrische lithiumbatterijen zijn populair bij lithiumbatterijbedrijven in Japan en Zuid-Korea.

De voordelen van het cilindrische wikkeltype zijn onder meer een volwassen wikkelproces, een hoge mate van automatisering, een hoge productie-efficiëntie, een goede consistentie en relatief lage kosten. De nadelen zijn onder meer een laag ruimtegebruik veroorzaakt door de cilindrische vorm en temperatuurverdeling veroorzaakt door een slechte radiale thermische geleidbaarheid. Wacht. Vanwege de slechte radiale thermische geleidbaarheid van de cilindrische batterij, mag het aantal windingen van de batterij niet te veel zijn (het aantal windingen van de 18650-batterij is over het algemeen ongeveer 20 windingen), dus de monomeercapaciteit is klein, en voor toepassing in elektrische voertuigen is een grote hoeveelheid batterij nodig. Monomeren vormen batterijmodules en batterijpakketten, wat het verbindingsverlies en de beheercomplexiteit aanzienlijk vergroot.

Afbeelding 1. 18650 cilindrische batterij

Een typisch bedrijf voor cilindrische verpakkingen is het Japanse Panasonic. In 2008 werkten Panasonic en Tesla voor het eerst samen en werd de 18650 lithium-kobaltoxidebatterij gebruikt door Tesla’s eerste Roadster-model. In 2014 kondigde Panasonic een joint venture aan met Tesla om Gigafactory te bouwen, een superbatterijfabriek, en de relatie tussen de twee ging verder. Panasonic is van mening dat elektrische voertuigen 18650-batterijen moeten gebruiken, zodat zelfs als één batterij uitvalt, dit geen invloed heeft op de werking van het hele systeem, zoals weergegeven in afbeelding 2.

beeld

Afbeelding 2. Waarom kiezen voor 18650 cilindrische batterij?

Er zijn ook grootschalige ondernemingen die cilindrische lithiumbatterijen produceren in China. BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng en andere ondernemingen hebben bijvoorbeeld een leidende positie op het gebied van cilindrische lithiumbatterijen in China. IJzer-lithiumbatterijen en Yinlong-snellaadbussen gebruiken lithiumtitanaatbatterijen, beide in de vorm van cilindrische verpakkingen.

Tabel 1: Statistieken over de geïnstalleerde capaciteit van de top 10 cilindrische batterijbedrijven en hun overeenkomstige modellen in termen van enkele energiedichtheid in 2017

beeld

2. Zachte tas

De belangrijkste materialen die worden gebruikt in soft-pack lithiumbatterijen – positieve elektrodematerialen, negatieve elektrodematerialen en scheiders – verschillen niet veel van traditionele lithiumbatterijen met stalen omhulsel en aluminium omhulsel. Het grootste verschil is het flexibele verpakkingsmateriaal (aluminium-kunststof composietfolie). Het is het meest kritische en technisch moeilijke materiaal in soft-pack lithiumbatterijen. Flexibele verpakkingsmaterialen zijn meestal verdeeld in drie lagen, namelijk een buitenste barrièrelaag (meestal een buitenste beschermende laag samengesteld uit nylon BOPA of PET), een barrièrelaag (aluminiumfolie in de middelste laag) en een binnenlaag (multifunctionele hoge barrièrelaag ).

Figuur 3. Structuur van aluminium plastic film

Het verpakkingsmateriaal en de structuur van pouch-cellen geven ze een reeks voordelen. 1) De veiligheidsprestaties zijn goed. De soft-pack batterij is verpakt met aluminium-plastic folie in structuur. Wanneer zich een veiligheidsprobleem voordoet, zal de softpack-batterij over het algemeen barsten en barsten en niet exploderen. 2) Licht van gewicht, het gewicht van de softpack-batterij is 40% lichter dan dat van de stalen omhulsel-lithiumbatterij met dezelfde capaciteit, en 20% lichter dan dat van de aluminium omhulsel-lithiumbatterij. 3) Kleine interne weerstand, de interne weerstand van de softpack-batterij is kleiner dan die van de lithiumbatterij, wat het eigen verbruik van de batterij aanzienlijk kan verminderen. 4) De cyclusprestaties zijn goed, de levensduur van de softpack-batterij is langer en het verval na 100 cycli is 4% tot 7% ​​minder dan dat van de aluminium behuizing. 5) Het ontwerp is flexibel, de vorm kan in elke vorm worden veranderd, het kan dunner zijn en nieuwe celmodellen kunnen worden ontwikkeld volgens de behoeften van de klant. De nadelen van softpack-batterijen zijn slechte consistentie, hoge kosten, gemakkelijke lekkage en hoge technische drempel.

beeld

Afbeelding 4. Samenstelling softpack-batterij

Batterijfabrikanten van wereldklasse, zoals het Zuid-Koreaanse LG en het Japanse ASEC, hebben in massa geproduceerde soft-pack power-batterijen, die worden gebruikt in elektrische modellen en plug-in hybride modellen van grote autofabrikanten zoals Nissan, Chevrolet en Ford, inclusief de de drie grootste productie- en verkoopmodellen ter wereld. Blad en Volt. Mijn land’s batterijgigant Wanxiang en de laatkomers Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride en Gateway Power zijn ook begonnen met de massaproductie van softpack-batterijen voor grote autobedrijven zoals BAIC en SAIC.

3. Vierkante batterij

De populariteit van vierkante batterijen is erg hoog in China. Met de opkomst van autobatterijen in de afgelopen jaren, is de tegenstelling tussen de actieradius van het voertuig en de batterijcapaciteit steeds prominenter geworden. Fabrikanten van huishoudelijke stroombatterijen gebruiken meestal vierkante batterijen van aluminium omhulsel met een hoge batterij-energiedichtheid. , Omdat de structuur van de vierkante batterij relatief eenvoudig is, in tegenstelling tot de cilindrische batterij, die hoogwaardig roestvrij staal als schaal en accessoires met explosieveilige veiligheidskleppen gebruikt, zijn de algehele accessoires licht in gewicht en relatief hoog in energiedichtheid. De vierkante batterijbehuizing is meestal gemaakt van aluminiumlegering, roestvrij staal en andere materialen, en het interne gebruik van het wikkel- of lamineerproces, de bescherming van de batterij is beter dan die van een aluminium-plastic filmbatterij (dwz een zachte batterij), en de veiligheid van de batterij is relatief cilindrisch. Type batterijen zijn ook sterk verbeterd.

Figuur 5. Vierkante celstructuur

Omdat de vierkante lithiumbatterij kan worden aangepast aan de grootte van het product, zijn er duizenden modellen op de markt en omdat er te veel modellen zijn, is het proces moeilijk te verenigen. Het gebruik van vierkante batterijen in gewone elektronische producten is geen probleem, maar voor industriële apparatuur die meerdere series en parallel vereist, is het het beste om gestandaardiseerde cilindrische lithiumbatterijen te gebruiken, zodat het productieproces is gegarandeerd en het gemakkelijker is om vervangingen te vinden in de toekomst. Batterij.

Binnenlandse en buitenlandse bedrijven die vierkant als verpakkingsproces gebruiken, omvatten voornamelijk Samsung SDI (de verpakkingsvorm is voornamelijk vierkant en het positieve elektrodemateriaal maakt gebruik van ternaire NCM- en NCA-materialen. Het volgt actief de productie van 21700 batterijen), BYD (power batterijen zijn voornamelijk vierkante aluminium schalen), het kathodemateriaal is voornamelijk lithiumijzerfosfaat, en het heeft ook onderzoek en ontwikkeling en technische reserves van ternaire batterijen uitgevoerd), CATL (de producten zijn voornamelijk vierkante aluminium schaalbatterijen en het kathodemateriaal omvat lithiumijzerfosfaat en ternair. Technische route lithiumijzerfosfaat Voornamelijk gebruikt in energieopslag en bussen, begon CATL zich in 2015 volledig te wenden tot ternaire materialen door ternaire batterijpakketten te leveren voor personenauto’s van BMW, Geely en andere bedrijven), Guoxuan Hi-Tech (voornamelijk in de vorm van vierkante verpakkingen, en het positieve elektrodemateriaal omvat lithiumijzerfosfaat en ternaire materialen), TianjinLisen, enz.

Over het algemeen hebben de drie verpakkingstypes van cilindrische, vierkante en zachte verpakkingen hun eigen voor- en nadelen, en elke batterij heeft zijn eigen dominante veld. De beste verpakkingsmethode kan worden bepaald aan de hand van de materiaaleigenschappen van de batterij, producttoepassingsgebieden, producteigenschappen, enz. gecombineerd met de eigenschappen van de verpakkingsvorm. Elk type batterij heeft echter zijn eigen technologische problemen. Een goed batterijontwerp brengt complexe problemen met zich mee op veel gebieden, zoals elektrochemie, warmte, elektriciteit en mechanica, wat hoge eisen stelt aan batterijontwerpers. Lithiumbatterijmensen moeten zich nog steeds blijven inspannen!