Формы упаковки литиевых аккумуляторов трехногие, то есть три наиболее широко используемых цилиндра, мягкие пакеты и квадраты. Три формы упаковки имеют свои преимущества и недостатки и могут быть выбраны в зависимости от их использования.

1. Цилиндрический

Цилиндрическая литиевая батарея была впервые изобретена компанией SONY в Японии в 1992 году. Поскольку цилиндрическая литиевая батарея 18650 имеет долгую историю, скорость проникновения на рынок высока. Цилиндрическая литиевая батарея использует зрелый процесс намотки, высокую степень автоматизации и стабильное качество продукции и относительно низкую стоимость. Существует много типов цилиндрических литиевых батарей, таких как 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 и т. д. Цилиндрические литиевые батареи популярны среди производителей литиевых батарей в Японии и Южной Корее.

Преимущества цилиндрического типа намотки включают зрелый процесс намотки, высокую степень автоматизации, высокую эффективность производства, хорошую стабильность и относительно низкую стоимость. К недостаткам можно отнести низкое использование пространства из-за цилиндрической формы и распределение температуры из-за плохой радиальной теплопроводности. Ждать. Из-за плохой радиальной теплопроводности цилиндрической батареи количество витков обмотки батареи не должно быть слишком большим (число витков обмотки батареи 18650 обычно составляет около 20 витков), поэтому емкость мономера мала, и для применения в электромобилях требуется большое количество аккумуляторов. Мономеры образуют аккумуляторные модули и аккумуляторные блоки, что значительно увеличивает потерю связи и сложность управления.

Рисунок 1. Цилиндрическая батарея 18650

Типичным производителем цилиндрической упаковки является японская компания Panasonic. В 2008 году Panasonic и Tesla впервые сотрудничали, и литий-кобальтовая батарея 18650 была принята на вооружение первой модели Tesla Roadster. В 2014 году Panasonic объявила о создании совместного предприятия с Tesla для строительства Gigafactory, завода по производству супербатарей, и отношения между ними пошли дальше. Panasonic считает, что в электромобилях должны использоваться батареи 18650, чтобы даже выход из строя одной батареи не повлиял на работу всей системы, как показано на рисунке 2.

картина

Рисунок 2. Зачем выбирать цилиндрическую батарею 18650

В Китае также есть крупные предприятия по производству литиевых аккумуляторов цилиндрической формы. Например, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng и другие предприятия занимают лидирующие позиции в Китае по производству цилиндрических литиевых батарей. В железо-литиевых батареях и автобусах с быстрой зарядкой Yinlong используются батареи из титаната лития, обе в форме цилиндрической упаковки.

Таблица 1: Статистика по установленной мощности 10 ведущих компаний цилиндрических аккумуляторов и соответствующих им моделей по единичной плотности энергии в 2017 г.

картина

2. Мягкая сумка

Ключевые материалы, используемые в литиевых батареях с мягким корпусом — материалы положительного электрода, материалы отрицательного электрода и сепараторы — не сильно отличаются от традиционных литиевых батарей со стальным и алюминиевым корпусом. Самое большое отличие заключается в гибком упаковочном материале (алюминиево-пластиковая композитная пленка). Это самый ответственный и технически сложный материал в литиевых батареях с мягким корпусом. Гибкие упаковочные материалы обычно делятся на три слоя, а именно: внешний барьерный слой (обычно внешний защитный слой состоит из нейлона BOPA или PET), барьерный слой (алюминиевая фольга в среднем слое) и внутренний слой (многофункциональный слой с высокими барьерными свойствами). ).

Рисунок 3. Структура алюминиевой пластиковой пленки

Упаковочный материал и структура ячеек мешков дают им ряд преимуществ. 1) Показатели безопасности хорошие. Аккумулятор soft-pack упакован в алюминиево-пластиковую пленку. Когда возникает проблема с безопасностью, мягкая батарея обычно лопается и трескается, но не взрывается. 2) Легкий вес, вес мягкой аккумуляторной батареи на 40% легче, чем у литиевой батареи со стальным корпусом той же емкости, и на 20% легче, чем у литиевой батареи с алюминиевым корпусом. 3) Небольшое внутреннее сопротивление, внутреннее сопротивление мягкой батареи меньше, чем у литиевой батареи, что может значительно снизить собственное потребление батареи. 4) Производительность цикла хорошая, срок службы батареи с мягким пакетом больше, а распад после 100 циклов на 4-7% меньше, чем у алюминиевого корпуса. 5) Гибкая конструкция, форма может быть изменена на любую форму, она может быть тоньше, и новые модели ячеек могут быть разработаны в соответствии с потребностями клиента. Недостатками мягких батарей являются плохая консистенция, высокая стоимость, легкая утечка и высокий технический порог.

картина

Рис. 4. Состав аккумуляторной батареи Soft Pack

Производители аккумуляторов мирового класса, такие как южнокорейская LG и японская ASEC, массово производят мягкие аккумуляторы, которые используются в электрических моделях и подключаемых гибридных моделях крупных автомобильных компаний, таких как Nissan, Chevrolet и Ford, включая три крупнейшие в мире модели производства и продаж. Лист и Вольт. Аккумуляторный гигант моей страны Wanxiang и опоздавшие Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride и Gateway Power также начали массовое производство мягких батарей для снабжения крупных автомобильных компаний, таких как BAIC и SAIC.

3. Квадратная батарея

Популярность квадратных батарей в Китае очень высока. С появлением автомобильных аккумуляторных батарей в последние годы противоречие между запасом хода автомобиля и емкостью аккумуляторной батареи становится все более заметным. Отечественные производители силовых аккумуляторов в основном используют квадратные аккумуляторы с алюминиевой оболочкой и высокой плотностью энергии. , Поскольку конструкция квадратной батареи относительно проста, в отличие от цилиндрической батареи, в которой используется высокопрочная нержавеющая сталь в качестве корпуса и аксессуаров со взрывозащищенными предохранительными клапанами, в целом аксессуары имеют малый вес и относительно высокую плотность энергии. Квадратный корпус батареи в основном изготовлен из алюминиевого сплава, нержавеющей стали и других материалов, а внутреннее использование процесса намотки или ламинирования обеспечивает лучшую защиту батареи, чем у батареи из алюминиево-пластиковой пленки (т.е. батареи с мягкой упаковкой), и сохранность батареи относительно цилиндрическая. Аккумуляторы Type также были значительно усовершенствованы.

Рисунок 5. Структура квадратной ячейки

Однако, поскольку квадратную литиевую батарею можно настроить в соответствии с размером продукта, на рынке представлены тысячи моделей, а поскольку моделей слишком много, процесс трудно унифицировать. Нет проблем с использованием квадратных батарей в обычных электронных продуктах, но для продуктов промышленного оборудования, которые требуют нескольких последовательных и параллельных, лучше всего использовать стандартные цилиндрические литиевые батареи, чтобы гарантировать производственный процесс и было легче найти замену. в будущем. Батарея.

Отечественные и зарубежные компании, которые используют квадрат в качестве процесса упаковки, в основном включают Samsung SDI (форма упаковки в основном квадратная, а материал положительного электрода использует тройные материалы NCM и NCA. Он активно следит за производством аккумуляторов 21700), BYD (мощность батареи в основном квадратные алюминиевые корпуса), материал катода в основном фосфат лития-железа, а также проводятся исследования и разработки и технические резервы тройных батарей), CATL (продукты в основном представляют собой батареи с квадратным алюминиевым корпусом, а материал катода включает в себя литий-железо-фосфат и тройной литий-железо-фосфатный технический маршрут В основном используемый в накопителях энергии и автобусах, CATL начала полностью переходить на тройные материалы в 2015 году, поставляя тройные аккумуляторные блоки для легковых автомобилей BMW, Geely и других компаний), Guoxuan Hi-Tech (в основном в форме квадратной упаковки, а материал положительного электрода включает фосфат лития-железа и тройные материалы), ТяньцзиньЛишен и др.

В целом, три типа упаковки цилиндрической, квадратной и мягкой упаковки имеют свои преимущества и недостатки, и каждая батарея имеет свое доминирующее поле. Наилучший метод упаковки можно определить в соответствии с характеристиками материала батареи, областями применения продукта, характеристиками продукта и т. д. в сочетании с характеристиками формы упаковки. Однако каждый тип упаковки аккумуляторов имеет свои технологические сложности. Хорошая конструкция батареи связана со сложными проблемами во многих областях, таких как электрохимия, тепловая энергия, электричество и механика, что выдвигает высокие требования к разработчикам батарей. Людям с литиевыми батареями все еще нужно продолжать усилия!