As formas de embalagem das baterias de lítio são de três pernas, ou seja, os três cilindros mais utilizados, pacotes macios e quadrados. As três formas de embalagem têm suas próprias vantagens e desvantagens, e podem ser selecionadas de acordo com seu uso.

1. Cilíndrico

A bateria de lítio cilíndrica foi inventada pela empresa SONY no Japão em 1992. Como a bateria de lítio cilíndrica 18650 tem uma longa história, a taxa de penetração no mercado é alta. Bateria de lítio cilíndrica adota processo de enrolamento maduro, alto grau de automação e qualidade do produto Estável e custo relativamente baixo. Existem muitos tipos de baterias de lítio cilíndricas, como 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 etc. As baterias de lítio cilíndricas são populares entre as empresas de baterias de lítio no Japão e na Coreia do Sul.

As vantagens do tipo de enrolamento cilíndrico incluem processo de enrolamento maduro, alto grau de automação, alta eficiência de produção, boa consistência e custo relativamente baixo. As desvantagens incluem baixa utilização do espaço causada pela forma cilíndrica e distribuição de temperatura causada pela baixa condutividade térmica radial. Esperar. Devido à baixa condutividade térmica radial da bateria cilíndrica, o número de voltas de enrolamento da bateria não deve ser muito (o número de voltas de enrolamento da bateria 18650 é geralmente cerca de 20 voltas), então a capacidade do monômero é pequena e é necessária uma grande quantidade de bateria para aplicação em veículos elétricos. Os monômeros formam módulos de bateria e pacotes de bateria, o que aumenta muito a perda de conexão e a complexidade do gerenciamento.

Figura 1. Bateria cilíndrica 18650

Uma empresa típica de embalagens cilíndricas é a japonesa Panasonic. Em 2008, a Panasonic e a Tesla cooperaram pela primeira vez, e a bateria de óxido de cobalto de lítio 18650 foi adotada pelo primeiro modelo Roadster da Tesla. Em 2014, a Panasonic anunciou uma joint venture com a Tesla para construir a Gigafactory, uma fábrica de super baterias, e a relação entre as duas foi além. A Panasonic acredita que os veículos elétricos devem usar baterias 18650, de modo que, mesmo que uma bateria falhe, isso não afetará a operação de todo o sistema, conforme mostrado na Figura 2.

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Figura 2. Por que escolher a bateria cilíndrica 18650

Há também empresas de grande porte que produzem baterias cilíndricas de lítio na China. Por exemplo, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng e outras empresas estão na posição de liderança de baterias cilíndricas de lítio na China. As baterias de ferro-lítio e os ônibus de carregamento rápido Yinlong usam baterias de titanato de lítio, ambas na forma de embalagem cilíndrica.

Tabela 1: Estatísticas da capacidade instalada das 10 maiores empresas de baterias cilíndricas e seus modelos correspondentes em termos de densidade de energia única em 2017

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2. Bolsa macia

Os principais materiais usados ​​em baterias de lítio de pacote macio – materiais de eletrodos positivos, materiais de eletrodos negativos e separadores – não são muito diferentes das baterias de lítio tradicionais de aço e alumínio. A maior diferença é o material de embalagem flexível (filme composto de alumínio-plástico). É o material mais crítico e tecnicamente difícil em baterias de lítio de pacote macio. Os materiais de embalagem flexíveis são geralmente divididos em três camadas, a saber, uma camada de barreira externa (geralmente uma camada protetora externa composta de nylon BOPA ou PET), uma camada de barreira (folha de alumínio na camada intermediária) e uma camada interna (camada de alta barreira multifuncional ).

Figura 3. Estrutura de filme plástico de alumínio

O material de embalagem e a estrutura das células de bolsa oferecem uma série de vantagens. 1) O desempenho de segurança é bom. A bateria soft-pack é embalada com filme plástico de alumínio na estrutura. Quando ocorre um problema de segurança, a bateria do pacote flexível geralmente estoura e racha e não explode. 2) Peso leve, o peso da bateria do pacote macio é 40% mais leve que o da bateria de lítio de aço com a mesma capacidade e 20% mais leve que o da bateria de lítio de alumínio. 3) Pequena resistência interna, a resistência interna da bateria do pacote macio é menor que a da bateria de lítio, o que pode reduzir bastante o autoconsumo da bateria. 4) O desempenho do ciclo é bom, a vida útil do ciclo da bateria do pacote macio é mais longa e a deterioração após 100 ciclos é de 4% a 7% menor que a da caixa de alumínio. 5) O design é flexível, a forma pode ser alterada para qualquer formato, pode ser mais fina e novos modelos de células podem ser desenvolvidos de acordo com as necessidades do cliente. As desvantagens das baterias de pacote macio são baixa consistência, alto custo, fácil vazamento e alto limite técnico.

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Figura 4. Composição da bateria do pacote macio

Fabricantes de baterias de classe mundial, como a LG da Coréia do Sul e a ASEC do Japão, têm baterias soft-pack produzidas em massa, que são usadas em modelos elétricos e modelos híbridos plug-in de grandes montadoras como Nissan, Chevrolet e Ford, incluindo o três maiores modelos de produção e vendas do mundo. Folha e Volt. a gigante de baterias do meu país, Wanxiang, e as retardatárias Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride e Gateway Power também começaram a produção em massa de baterias soft pack para abastecer grandes empresas automobilísticas, como BAIC e SAIC.

3. Bateria quadrada

A popularidade das baterias quadradas é muito alta na China. Com o aumento das baterias automotivas nos últimos anos, a contradição entre autonomia do veículo e capacidade da bateria tornou-se cada vez mais proeminente. Os fabricantes domésticos de baterias de energia usam principalmente baterias quadradas de alumínio com alta densidade de energia da bateria. , Como a estrutura da bateria quadrada é relativamente simples, ao contrário da bateria cilíndrica, que usa aço inoxidável de alta resistência como invólucro e acessórios com válvulas de segurança à prova de explosão, os acessórios gerais são leves e relativamente altos em densidade de energia. A caixa quadrada da bateria é feita principalmente de liga de alumínio, aço inoxidável e outros materiais, e o uso interno do processo de enrolamento ou laminação, a proteção da bateria é melhor do que a da bateria de filme plástico de alumínio (ou seja, bateria de pacote macio), e a segurança da bateria é relativamente cilíndrica. As baterias do tipo também foram bastante aprimoradas.

Figura 5. Estrutura da célula quadrada

No entanto, como a bateria de lítio quadrada pode ser personalizada de acordo com o tamanho do produto, existem milhares de modelos no mercado e, por existirem muitos modelos, o processo é difícil de unificar. Não há problema em usar baterias quadradas em produtos eletrônicos comuns, mas para produtos de equipamentos industriais que exigem várias séries e paralelas, é melhor usar baterias cilíndricas de lítio padronizadas, para que o processo de produção seja garantido e seja mais fácil encontrar substituições no futuro. Bateria.

As empresas nacionais e estrangeiras que usam o quadrado como processo de embalagem incluem principalmente Samsung SDI (a forma de embalagem é principalmente quadrada e o material de eletrodo positivo usa materiais ternários NCM e NCA. Está acompanhando ativamente a produção de 21700 baterias), BYD (energia as baterias são principalmente conchas de alumínio quadradas), o material do cátodo é principalmente fosfato de ferro de lítio, e também tem realizado pesquisa e desenvolvimento e reservas técnicas de baterias ternárias), CATL (os produtos são principalmente baterias de invólucro de alumínio quadrado, e o material do cátodo inclui fosfato de ferro de lítio e ternário Rota técnica de fosfato de ferro de lítio Usado principalmente em armazenamento de energia e ônibus, o CATL começou a se voltar totalmente para materiais ternários em 2015, fornecendo baterias ternárias para carros de passeio da BMW, Geely e outras empresas), Guoxuan Hi-Tech (principalmente na forma de embalagem quadrada, e o material do eletrodo positivo inclui fosfato de ferro de lítio e materiais ternários), TianjinLishen, etc.

Em geral, os três tipos de embalagens de embalagens cilíndricas, quadradas e macias têm suas próprias vantagens e desvantagens, e cada bateria tem seu próprio campo dominante. O melhor método de embalagem pode ser determinado de acordo com as características do material da bateria, campos de aplicação do produto, características do produto, etc. combinadas com as características da forma de embalagem. No entanto, cada tipo de embalagem de bateria tem suas próprias dificuldades tecnológicas. Um bom projeto de bateria envolve problemas complexos em muitos campos, como eletroquímica, calor, eletricidade e mecânica, o que apresenta altos requisitos para os projetistas de baterias. As pessoas da bateria de lítio ainda precisam continuar o esforço!