Oblike pakiranja litijevih baterij so trinožne, torej trije najpogosteje uporabljeni cilindri, mehki paketi in kvadrati. Tri oblike pakiranja imajo svoje prednosti in slabosti in jih je mogoče izbrati glede na njihovo uporabo.

1. Cylindrical

Cilindrično litijevo baterijo je prvič izumilo podjetje SONY na Japonskem leta 1992. Ker ima cilindrična litijeva baterija 18650 dolgo zgodovino, je stopnja prodora na trg visoka. Cilindrična litijeva baterija uporablja zrel postopek navijanja, visoko stopnjo avtomatizacije in kakovost izdelka Stabilna in relativno nizka cena. Obstaja veliko vrst cilindričnih litijevih baterij, kot so 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 itd. Cilindrične litijeve baterije so priljubljene med podjetji litijevih baterij na Japonskem in v Južni Koreji.

Prednosti cilindričnega tipa navitja vključujejo zrel postopek navijanja, visoko stopnjo avtomatizacije, visoko proizvodno učinkovitost, dobro doslednost in relativno nizke stroške. Pomanjkljivosti vključujejo nizko izkoriščenost prostora zaradi cilindrične oblike in porazdelitev temperature zaradi slabe radialne toplotne prevodnosti. Počakaj. Zaradi slabe radialne toplotne prevodnosti cilindrične baterije število zavojev navitja baterije ne sme biti preveliko (število zavojev navitja baterije 18650 je na splošno približno 20 zavojev), zato je zmogljivost monomera majhna in za uporabo v električnih vozilih je potrebna velika količina baterije. Monomeri tvorijo baterijske module in baterijske pakete, kar močno poveča izgubo povezave in zapletenost upravljanja.

Slika 1. Cilindrična baterija 18650

Tipično podjetje za cilindrično embalažo je japonski Panasonic. Leta 2008 sta Panasonic in Tesla prvič sodelovala, litij-kobalt oksidno baterijo 18650 pa je prevzel prvi Teslin model Roadster. Leta 2014 je Panasonic napovedal skupno podjetje s Teslo za izgradnjo Gigafactory, tovarne super baterij, in odnos med obema je šel še dlje. Panasonic meni, da bi morala električna vozila uporabljati baterije 18650, tako da tudi če ena baterija odpove, to ne bo vplivalo na delovanje celotnega sistema, kot je prikazano na sliki 2.

slika

Slika 2. Zakaj izbrati 18650 cilindrično baterijo

Na Kitajskem obstajajo tudi velika podjetja, ki proizvajajo cilindrične litijeve baterije. Na primer, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng in druga podjetja so na vodilnem mestu cilindričnih litijevih baterij na Kitajskem. Železno-litijeve baterije in avtobusi s hitrim polnjenjem Yinlong uporabljajo litij-titanatne baterije, oboje v obliki valjaste embalaže.

Tabela 1: Statistični podatki o instalirani zmogljivosti 10 najboljših podjetij cilindričnih baterij in njihovih ustreznih modelov glede na gostoto ene energije v letu 2017

slika

2. Mehka torba

Ključni materiali, ki se uporabljajo v mehkih litijevih baterijah – materiali pozitivne elektrode, materiali negativnih elektrod in separatorji – se ne razlikujejo veliko od tradicionalnih litijevih baterij z jekleno lupino in aluminijasto lupino. Največja razlika je fleksibilen embalažni material (kompozitna folija iz aluminija in plastike). Je najbolj kritičen in tehnično najtežji material v mehkih litijevih baterijah. Fleksibilni embalažni materiali so običajno razdeljeni na tri plasti, in sicer na zunanjo pregradno plast (običajno zunanja zaščitna plast, sestavljena iz najlona BOPA ali PET), pregradno plast (aluminijeva folija v srednji plasti) in notranjo plast (večnamenska plast z visoko pregrado). ).

Slika 3. Struktura aluminijaste plastične folije

Embalažni material in struktura celic vrečk jim dajeta vrsto prednosti. 1) Varnostna učinkovitost je dobra. Mehka baterija je v strukturi pakirana z aluminijasto-plastično folijo. Ko pride do varnostne težave, bo mehka baterija na splošno počila in počila ter ne bo eksplodirala. 2) Majhna teža, teža mehke baterije je 40 % lažja od litijeve baterije iz jeklene lupine z enako zmogljivostjo in 20 % lažja od litijeve baterije iz aluminijaste lupine. 3) Majhna notranja upornost, notranja upornost mehke baterije je manjša od upornosti litijeve baterije, kar lahko močno zmanjša lastno porabo baterije. 4) Zmogljivost cikla je dobra, življenjska doba mehke baterije je daljša, razpad po 100 ciklih pa je od 4% do 7% manjši kot pri aluminijastem ohišju. 5) Zasnova je prilagodljiva, obliko je mogoče spremeniti v katero koli obliko, lahko je tanjša in lahko se razvijejo novi modeli celic glede na potrebe strank. Pomanjkljivosti mehkih baterij so slaba konsistenca, visoki stroški, enostavno puščanje in visok tehnični prag.

slika

Figure 4. Soft pack battery composition

Proizvajalci baterij svetovnega razreda, kot sta južnokorejski LG in japonski ASEC, imajo množično proizvedene mehke baterije, ki se uporabljajo v električnih modelih in priključnih hibridnih modelih velikih avtomobilskih podjetij, kot so Nissan, Chevrolet in Ford, vključno z trije največji svetovni proizvodni in prodajni modeli. List in Volt. baterijski velikan moje države Wanxiang in zamudniki Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride in Gateway Power so prav tako začeli množično proizvodnjo mehkih baterij za dobavo velikih avtomobilskih podjetij, kot sta BAIC in SAIC.

3. Kvadratna baterija

Priljubljenost kvadratnih baterij je na Kitajskem zelo visoka. S porastom avtomobilskih akumulatorjev v zadnjih letih postaja protislovje med potovalnim dosegom vozila in zmogljivostjo baterije vse bolj opazno. Domači proizvajalci električnih baterij večinoma uporabljajo kvadratne baterije iz aluminijaste lupine z visoko energijsko gostoto baterij. , Ker je struktura kvadratne baterije razmeroma preprosta, za razliko od valjaste baterije, ki uporablja visoko trdno nerjaveče jeklo kot lupino in dodatke z varnostnimi ventili proti eksploziji, je celotna dodatna oprema lahka in sorazmerno visoka po energijski gostoti. Kvadratno ohišje baterije je večinoma izdelano iz aluminijeve zlitine, nerjavečega jekla in drugih materialov, pri notranji uporabi postopka navijanja ali laminiranja pa je zaščita baterije boljša kot pri bateriji iz aluminijeve plastične folije (tj. mehka baterija), in varnost baterije je razmeroma valjasta. Tudi tipske baterije so bile močno izboljšane.

Slika 5. Struktura kvadratne celice

Ker pa je kvadratno litijevo baterijo mogoče prilagoditi glede na velikost izdelka, je na trgu na tisoče modelov in ker je modelov preveč, je postopek težko poenotiti. Pri uporabi kvadratnih baterij v običajnih elektronskih izdelkih ni težav, toda za izdelke industrijske opreme, ki zahtevajo več serij in vzporednih, je najbolje uporabiti standardizirane cilindrične litijeve baterije, tako da je proizvodni proces zagotovljen in je lažje najti zamenjavo. v prihodnosti. baterija.

Domača in tuja podjetja, ki uporabljajo kvadrat kot proces pakiranja, v glavnem vključujejo Samsung SDI (oblika embalaže je večinoma kvadratna, material pozitivne elektrode pa uporablja ternarne NCM in NCA materiale. Aktivno spremlja proizvodnjo 21700 baterij), BYD (power baterije so večinoma kvadratne aluminijaste lupine), katodni material je večinoma litij-železov fosfat, izvaja pa tudi raziskave in razvoj ter tehnične rezerve ternarnih baterij), CATL (izdelki so večinoma kvadratne aluminijaste baterije, katodni material pa vključuje litij-železov fosfat in ternarni litij-železov fosfat Tehnična pot, ki se večinoma uporablja za shranjevanje energije in avtobuse, CATL se je leta 2015 začel v celoti obrniti na trikomponentne materiale, pri čemer je zagotavljal ternarne baterije za osebna vozila BMW, Geely in drugih podjetij), Guoxuan Hi-Tech (predvsem v obliki kvadratne embalaže, material pozitivne elektrode pa vključuje litijev železov fosfat in ternarne materiale), TianjinLishen itd.

Na splošno imajo tri vrste embalaže cilindrične, kvadratne in mehke embalaže svoje prednosti in slabosti, vsaka baterija pa ima svoje prevladujoče polje. Najboljšo metodo pakiranja je mogoče določiti glede na značilnosti materiala baterije, področja uporabe izdelka, značilnosti izdelka itd. v kombinaciji z značilnostmi embalaže. Vendar ima vsaka vrsta embalaže baterije svoje tehnološke težave. Dobra zasnova baterije vključuje kompleksne probleme na številnih področjih, kot so elektrokemija, toplota, elektrika in mehanika, kar postavlja visoke zahteve za oblikovalce baterij. Ljudje z litijevimi baterijami se morajo še naprej truditi!