Lithium battery packaging forms are three-legged, that is, the three most widely used cylinders, soft packs and squares. The three packaging forms have their own advantages and disadvantages, and can be selected according to their use.

1. Valcový

Cylindrical lithium battery was first invented by SONY company in Japan in 1992. Because 18650 cylindrical lithium battery has a long history, the market penetration rate is high. Cylindrical lithium battery adopts mature winding process, high degree of automation, and product quality Stable and relatively low cost. There are many types of cylindrical lithium batteries, such as 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 atď. Cylindrické lítiové batérie sú obľúbené medzi spoločnosťami vyrábajúcimi lítiové batérie v Japonsku a Južnej Kórei.

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.

Obrázok 1. Valcová batéria 18650

Typickou firmou pre cylindrické balenie je japonský Panasonic. V roku 2008 Panasonic a Tesla prvýkrát spolupracovali a lítium-kobaltový oxidový akumulátor 18650 bol prijatý do prvého modelu Tesla Roadster. V roku 2014 Panasonic oznámil spoločný podnik s Teslou na vybudovanie Gigafactory, továrne na super batérie, a vzťah medzi nimi zašiel ešte ďalej. Panasonic verí, že elektrické vozidlá by mali používať 18650 batérií, takže aj keď jedna batéria zlyhá, neovplyvní to fungovanie celého systému, ako je znázornené na obrázku 2.

obrázok

Obrázok 2. Prečo si vybrať cylindrickú batériu 18650

There are also large-scale enterprises producing cylindrical lithium batteries in China. For example, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng and other enterprises are in the leading position of cylindrical lithium batteries in China. Iron-lithium batteries and Yinlong fast-charging buses use lithium titanate batteries, both in the form of cylindrical packaging.

Tabuľka 1: Štatistika inštalovanej kapacity 10 najlepších spoločností vyrábajúcich valcové batérie a ich zodpovedajúcich modelov z hľadiska hustoty jednej energie v roku 2017

obrázok

2. Mäkká taška

Kľúčové materiály používané v mäkkých lítiových batériách – kladné elektródové materiály, záporné elektródové materiály a separátory – sa príliš nelíšia od tradičných lítiových batérií s oceľovým plášťom a hliníkovým plášťom. Najväčším rozdielom je flexibilný obalový materiál (hliníkovo-plastová kompozitná fólia). Je to najkritickejší a technicky najnáročnejší materiál v mäkkých lítiových batériách. Flexibilné obalové materiály sú zvyčajne rozdelené do troch vrstiev, a to na vonkajšiu bariérovú vrstvu (vo všeobecnosti vonkajšiu ochrannou vrstvu zloženou z nylonu BOPA alebo PET), bariérovú vrstvu (hliníková fólia v strednej vrstve) a vnútornú vrstvu (multifunkčná vrstva s vysokou bariérou). ).

Figure 3. Aluminum plastic film structure

Obalový materiál a štruktúra vrecúšok im poskytujú celý rad výhod. 1) Bezpečnostný výkon je dobrý. Batéria soft-pack je zabalená s hliníkovo-plastovou fóliou v štruktúre. Keď sa vyskytne problém s bezpečnosťou, mäkká batéria zvyčajne praskne a neexploduje. 2) Nízka hmotnosť, hmotnosť mäkkej batérie je o 40 % ľahšia ako lítiová batéria s oceľovým plášťom s rovnakou kapacitou a o 20 % ľahšia ako lítiová batéria s hliníkovým plášťom. 3) Malý vnútorný odpor, vnútorný odpor batérie mäkkého balenia je menší ako odpor lítiovej batérie, čo môže výrazne znížiť vlastnú spotrebu batérie. 4) Výkon cyklu je dobrý, životnosť batérie mäkkého balenia je dlhšia a rozpad po 100 cykloch je o 4% až 7% menší ako u hliníkového puzdra. 5) Dizajn je flexibilný, tvar môže byť zmenený na akýkoľvek tvar, môže byť tenší a nové modely buniek môžu byť vyvinuté podľa potrieb zákazníka. Nevýhody mäkkých batérií sú zlá konzistencia, vysoká cena, ľahké vytekanie a vysoký technický prah.

obrázok

Obrázok 4. Zloženie batérie mäkkého balenia

World-class battery manufacturers such as South Korea’s LG and Japan’s ASEC have mass-produced soft-pack power batteries, which are used in electric models and plug-in hybrid models of large car companies such as Nissan, Chevrolet, and Ford, including the world’s three largest production and sales models. Leaf and Volt. my country’s battery giant Wanxiang and the latecomers Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride, and Gateway Power have also begun mass production of soft pack batteries to supply large car companies such as BAIC and SAIC.

3. Štvorcová batéria

The popularity of square batteries is very high in China. With the rise of automotive power batteries in recent years, the contradiction between vehicle cruising range and battery capacity has become increasingly prominent. Domestic power battery manufacturers mostly use aluminum-shell square batteries with high battery energy density. , Because the structure of the square battery is relatively simple, unlike the cylindrical battery, which uses high-strength stainless steel as the shell and accessories with explosion-proof safety valves, the overall accessories are light in weight and relatively high in energy density. The square battery case is mostly made of aluminum alloy, stainless steel and other materials, and the internal use of winding or lamination process, the protection of the battery is better than that of aluminum-plastic film battery (ie soft-pack battery), and the safety of the battery is relatively cylindrical. Type batteries have also been greatly improved.

Figure 5. Square cell structure

Keďže však štvorcovú lítiovú batériu možno prispôsobiť podľa veľkosti produktu, na trhu sú tisíce modelov a keďže modelov je priveľa, proces je ťažké zjednotiť. Nie je problém použiť štvorcové batérie v bežných elektronických produktoch, ale pre produkty priemyselných zariadení, ktoré vyžadujú viacero sérií a paralelne, je najlepšie použiť štandardizované valcové lítiové batérie, aby bol zaručený výrobný proces a ľahšie sa našli náhrady. v budúcnosti. Batéria.

K domácim a zahraničným spoločnostiam, ktoré využívajú ako baliaci proces štvorcový, patrí najmä Samsung SDI (forma balenia je prevažne štvorcová a materiál kladných elektród využíva ternárne materiály NCM a NCA. Aktívne nadväzuje na výrobu 21700 batérií), BYD (power batérie sú hlavne štvorcové hliníkové škrupiny), materiálom katódy je hlavne fosforečnan lítium-železnatý a tiež sa vykonáva výskum a vývoj a technické rezervy ternárnych batérií), CATL (výrobky sú hlavne štvorcové hliníkové škrupinové batérie a katódový materiál zahŕňa lítium-železnatý fosforečnan a trojmocný. Technická cesta fosforečnanu lítno-železitého CATL sa v roku 2015 začal plne preorientovať na ternárne materiály, ktoré sa využívajú najmä pri skladovaní energie a autobusoch, poskytujúc trojité batérie pre osobné autá BMW, Geely a ďalších spoločností), Guoxuan Hi-Tech (hlavne vo forme štvorcového obalu a materiál kladnej elektródy zahŕňa fosforečnan lítno-železitý a ternárne materiály), TianjinLishen atď.

In general, the three packaging types of cylindrical, square and soft packs have their own advantages and disadvantages, and each battery has its own dominant field. The best packaging method can be determined according to the material characteristics of the battery, product application fields, product characteristics, etc. combined with the characteristics of the packaging form. However, each packaging type of battery has its own technological difficulties. Good battery design involves complex problems in many fields such as electrochemistry, heat, electricity, and mechanics, which puts forward high requirements for battery designers. Lithium battery people still need to continue effort!