Formy opakowań baterii litowych są trójnożne, to znaczy trzy najczęściej używane cylindry, miękkie opakowania i kwadraty. Te trzy formy opakowań mają swoje zalety i wady i można je dobierać w zależności od ich zastosowania.

1. Cylindryczny

Cylindryczna bateria litowa została po raz pierwszy wynaleziona przez firmę SONY w Japonii w 1992 roku. Ponieważ cylindryczna bateria litowa 18650 ma długą historię, wskaźnik penetracji rynku jest wysoki. Cylindryczna bateria litowa przyjmuje dojrzały proces nawijania, wysoki stopień automatyzacji i jakość produktu Stabilny i stosunkowo niski koszt. Istnieje wiele rodzajów cylindrycznych baterii litowych, takich jak 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 itd. Cylindryczne baterie litowe są popularne wśród firm produkujących baterie litowe w Japonii i Korei Południowej.

The advantages of cylindrical winding type include mature winding process, high degree of automation, high production efficiency, good consistency, and relatively low cost. The disadvantages include low space utilization caused by cylindrical shape and temperature distribution caused by poor radial thermal conductivity. Wait. Due to the poor radial thermal conductivity of the cylindrical battery, the number of winding turns of the battery should not be too many (the number of winding turns of the 18650 battery is generally about 20 turns), so the monomer capacity is small, and a large amount of battery is required for application in electric vehicles. Monomers form battery modules and battery packs, which greatly increases connection loss and management complexity.

Rysunek 1. Bateria cylindryczna 18650

Typową firmą produkującą opakowania cylindryczne jest japoński Panasonic. W 2008 roku Panasonic i Tesla współpracowały po raz pierwszy, a bateria litowo-kobaltowa 18650 została zaadoptowana przez pierwszy model Roadstera Tesli. W 2014 roku Panasonic ogłosił wspólne przedsięwzięcie z Teslą, aby zbudować Gigafactory, fabrykę super baterii, a relacje między nimi poszły dalej. Panasonic uważa, że ​​pojazdy elektryczne powinny korzystać z akumulatorów 18650, aby nawet awaria jednego akumulatora nie wpłynęła na działanie całego systemu, jak pokazano na rysunku 2.

obraz

Rysunek 2. Dlaczego warto wybrać baterię cylindryczną 18650?

W Chinach istnieją również duże przedsiębiorstwa produkujące cylindryczne baterie litowe. Na przykład BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng i inne przedsiębiorstwa zajmują wiodącą pozycję cylindrycznych baterii litowych w Chinach. Baterie żelazowo-litowe i szybko ładujące się autobusy Yinlong wykorzystują baterie tytanowo-litowe, oba w formie cylindrycznych opakowań.

Tabela 1: Statystyki dotyczące mocy zainstalowanej 10 największych firm produkujących baterie cylindryczne i odpowiadających im modeli pod względem pojedynczej gęstości energii w 2017 r.

obraz

2. Miękka torba

Kluczowe materiały stosowane w miękkich bateriach litowych — materiały elektrod dodatnich, materiały elektrod ujemnych i separatory — niewiele różnią się od tradycyjnych akumulatorów litowych ze stalową i aluminiową powłoką. Największą różnicą jest elastyczny materiał opakowaniowy (folia kompozytowa aluminiowo-plastikowa). Jest to najbardziej krytyczny i trudny technicznie materiał w bateriach litowych typu soft-pack. Elastyczne materiały opakowaniowe są zwykle podzielone na trzy warstwy, a mianowicie zewnętrzną warstwę barierową (zwykle zewnętrzna warstwa ochronna złożona z nylonu BOPA lub PET), warstwę barierową (folia aluminiowa w warstwie środkowej) i warstwę wewnętrzną (wielofunkcyjna warstwa wysokobarierowa ).

Rysunek 3. Struktura aluminiowej folii z tworzywa sztucznego

Materiał opakowaniowy i struktura ogniw woreczkach dają im szereg zalet. 1) Poziom bezpieczeństwa jest dobry. Akumulator soft-pack jest zapakowany w strukturę folii aluminiowo-plastikowej. Gdy wystąpi problem z bezpieczeństwem, bateria typu soft-pack zazwyczaj pęka i pęka, i nie wybucha. 2) Lekka waga, waga miękkiego opakowania jest o 40% lżejsza niż w przypadku baterii litowej ze stalową powłoką o tej samej pojemności i o 20% lżejsza niż w przypadku baterii litowej z powłoką aluminiową. 3) Mała rezystancja wewnętrzna, rezystancja wewnętrzna baterii z miękkim pakietem jest mniejsza niż w przypadku baterii litowej, co może znacznie zmniejszyć zużycie własne baterii. 4) Wydajność cyklu jest dobra, żywotność baterii miękkiej jest dłuższa, a rozpad po 100 cyklach jest o 4% do 7% mniejszy niż w przypadku aluminiowej obudowy. 5) Konstrukcja jest elastyczna, kształt można zmienić na dowolny kształt, może być cieńszy, a nowe modele komórek można opracowywać zgodnie z potrzebami klienta. Wadami akumulatorów typu soft pack są słaba konsystencja, wysoki koszt, łatwy wyciek i wysoki próg techniczny.

obraz

Rysunek 4. Skład baterii pakietu miękkiego

Światowej klasy producenci akumulatorów, tacy jak południowokoreański LG i japoński ASEC, mają masowo produkowane akumulatory typu soft-pack, które są stosowane w modelach elektrycznych i modelach hybrydowych typu plug-in dużych firm samochodowych, takich jak Nissan, Chevrolet i Ford, w tym m.in. trzy największe na świecie modele produkcyjne i sprzedażowe. Liść i Volt. gigant baterii w moim kraju Wanxiang i spóźnialscy Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride i Gateway Power również rozpoczęli masową produkcję baterii w miękkich opakowaniach, aby zaopatrywać duże firmy motoryzacyjne, takie jak BAIC i SAIC.

3. Kwadratowa bateria

Popularność baterii kwadratowych jest w Chinach bardzo wysoka. Wraz ze wzrostem popularności akumulatorów samochodowych w ostatnich latach, sprzeczność między zasięgiem pojazdu a pojemnością akumulatora staje się coraz bardziej widoczna. Krajowi producenci baterii zasilających używają głównie baterii kwadratowych z powłoką aluminiową o dużej gęstości energii baterii. , Ponieważ struktura kwadratowej baterii jest stosunkowo prosta, w przeciwieństwie do baterii cylindrycznej, w której zastosowano powłokę ze stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości i akcesoria z zaworami bezpieczeństwa przeciwwybuchowymi, ogólne akcesoria są lekkie i mają stosunkowo wysoką gęstość energii. Kwadratowa obudowa baterii jest w większości wykonana ze stopu aluminium, stali nierdzewnej i innych materiałów, a wewnętrzne zastosowanie procesu nawijania lub laminowania, ochrona baterii jest lepsza niż w przypadku baterii aluminiowo-plastikowej (tj. Bateria typu soft-pack), a bezpieczeństwo baterii jest stosunkowo cylindryczne. Typowe baterie również zostały znacznie ulepszone.

Rysunek 5. Kwadratowa struktura komórek

Ponieważ jednak kwadratową baterię litową można dostosować do rozmiaru produktu, na rynku dostępne są tysiące modeli, a ponieważ jest ich zbyt wiele, proces jest trudny do ujednolicenia. Nie ma problemu z użyciem kwadratowych baterii w zwykłych produktach elektronicznych, ale w przypadku produktów urządzeń przemysłowych, które wymagają wielu serii i równoległych, najlepiej jest używać znormalizowanych cylindrycznych baterii litowych, aby zagwarantować proces produkcji i łatwiej znaleźć zamienniki w przyszłości. Bateria.

Krajowe i zagraniczne firmy, które wykorzystują kwadrat jako proces pakowania, to głównie Samsung SDI (forma opakowania jest głównie kwadratowa, a materiał elektrody dodatniej wykorzystuje trójskładnikowe materiały NCM i NCA. Aktywnie śledzi produkcję 21700 baterii), BYD (moc baterie to głównie kwadratowe powłoki aluminiowe), materiałem katodowym jest głównie fosforan litowo-żelazowy, a także prowadzi badania i rozwój oraz rezerwy techniczne baterii trójskładnikowych), CATL (produkty to głównie kwadratowe baterie aluminiowe, a materiał katody obejmuje fosforan litowo-żelazowy i trójskładnikowy Droga techniczna z fosforanem litowo-żelazowym Stosowana głównie w magazynowaniu energii i autobusach, CATL zaczęła w pełni przestawiać się na materiały trójskładnikowe w 2015 roku, dostarczając trójskładnikowe zestawy akumulatorów do samochodów osobowych BMW, Geely i innych firm), Guoxuan Hi-Tech (głównie w postaci kwadratowego opakowania, a materiał elektrody dodatniej zawiera fosforan litowo-żelazowy i materiały trójskładnikowe), TianjinLisze itp.

Ogólnie rzecz biorąc, trzy rodzaje opakowań: cylindryczne, kwadratowe i miękkie mają swoje zalety i wady, a każda bateria ma swoją dominującą dziedzinę. Najlepszą metodę pakowania można określić na podstawie właściwości materiału baterii, obszarów zastosowania produktu, właściwości produktu itp. W połączeniu z charakterystyką formy opakowania. Jednak każdy rodzaj opakowania baterii ma swoje własne trudności technologiczne. Dobry projekt baterii wiąże się ze złożonymi problemami w wielu dziedzinach, takich jak elektrochemia, ciepło, elektryczność i mechanika, co stawia wysokie wymagania projektantom baterii. Ludzie korzystający z baterii litowych nadal muszą kontynuować wysiłek!