Форми упаковки літієвих батарей триногі, тобто три найбільш поширені циліндри, м’які пакети та квадрати. Три форми упаковки мають свої переваги та недоліки, і їх можна вибрати відповідно до їх використання.

1. Циліндричний

Циліндрична літієва батарея була вперше винайдена компанією SONY в Японії в 1992 році. Оскільки циліндрична літієва батарея 18650 має довгу історію, швидкість проникнення на ринок висока. Циліндрична літієва батарея використовує зрілий процес намотування, високий ступінь автоматизації та стабільну якість продукції та відносно низьку вартість. Існує багато типів циліндричних літієвих батарей, таких як 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 тощо. Циліндричні літієві батареї користуються популярністю серед компаній літієвих акумуляторів в Японії та Південній Кореї.

Переваги циліндричного типу намотування включають зрілий процес намотування, високий ступінь автоматизації, високу ефективність виробництва, хорошу консистенцію та відносно низьку вартість. До недоліків можна віднести низьке використання простору, викликане циліндричною формою, і розподіл температури через погану радіальну теплопровідність. Зачекайте. Через погану радіальну теплопровідність циліндричної батареї кількість витків обмотки батареї не повинна бути занадто великою (кількість витків обмотки батареї 18650 зазвичай становить близько 20 витків), тому ємність мономеру мала, і Для використання в електромобілях потрібна велика кількість акумулятора. Мономери утворюють модулі батарей та акумуляторні блоки, що значно збільшує втрати з’єднання та складність керування.

Малюнок 1. Циліндричний акумулятор 18650

Типовою компанією з виробництва циліндричної упаковки є японська Panasonic. У 2008 році Panasonic і Tesla вперше співпрацювали, і літій-кобальтооксидний акумулятор 18650 був прийнятий на озброєння першої моделі Tesla Roadster. У 2014 році Panasonic оголосила про спільне підприємство з Tesla для будівництва Gigafactory, фабрики супербатарей, і відносини між ними пішли далі. Panasonic вважає, що електромобілі повинні використовувати батареї 18650, щоб навіть якщо одна батарея вийшла з ладу, це не вплинуло на роботу всієї системи, як показано на малюнку 2.

картина

Малюнок 2. Чому варто вибрати циліндричний акумулятор 18650

У Китаї також є великі підприємства, що виробляють літієві циліндричні батареї. Наприклад, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng та інші підприємства займають лідируючі позиції з циліндричних літієвих батарей в Китаї. Залізно-літієві батареї та швидкозарядні автобуси Yinlong використовують літій-титанатні батареї, обидва у формі циліндричної упаковки.

Таблиця 1: Статистика встановленої потужності 10 провідних компаній циліндричних акумуляторів та відповідних їм моделей за одиничною щільністю енергії у 2017 р.

картина

2. М’яка сумка

Основні матеріали, що використовуються в літієвих батареях з м’якою упаковкою — матеріали позитивних електродів, матеріали негативних електродів і сепаратори — мало чим відрізняються від традиційних літієвих батарей із сталевим та алюмінієвим корпусом. Найбільшою відмінністю є гнучкий пакувальний матеріал (алюмінієво-пластикова композитна плівка). Це найкритичніший і технічно складний матеріал для літієвих батарей з м’якою упаковкою. Гнучкі пакувальні матеріали зазвичай поділяються на три шари, а саме: зовнішній бар’єрний шар (зазвичай зовнішній захисний шар, що складається з нейлону BOPA або PET), бар’єрний шар (алюмінієва фольга в середньому шарі) і внутрішній шар (багатофункціональний високобар’єрний шар). ).

Малюнок 3. Конструкція алюмінієвої пластикової плівки

Пакувальний матеріал і структура мішечкових осередків надають їм ряд переваг. 1) Безпека хороша. Акумулятор soft-pack упакований в алюмінієво-пластикову плівку. Коли виникає проблема з безпекою, м’яка батарея зазвичай лопне, трісне і не вибухне. 2) Невелика вага, вага м’якого акумулятора на 40% легше, ніж літієва батарея зі сталевим корпусом такої ж ємності, і на 20% легша, ніж літієва батарея з алюмінієвим корпусом. 3) Невеликий внутрішній опір, внутрішній опір м’якої батареї менше, ніж у літієвої батареї, що може значно знизити самоспоживання батареї. 4) Продуктивність циклу хороша, термін служби батареї м’якого пакета довший, а розпад після 100 циклів на 4-7% менше, ніж у алюмінієвого корпусу. 5) Конструкція гнучка, форму можна змінити на будь-яку форму, вона може бути тоншою, а нові моделі осередків можуть бути розроблені відповідно до потреб клієнтів. Недоліками м’яких батарей є погана консистенція, висока вартість, легкий витік і високий технічний поріг.

картина

Малюнок 4. Склад батареї м’якого пакета

Виробники акумуляторів світового класу, такі як південнокорейська LG та японська ASEC, мають масове виробництво м’яких акумуляторів, які використовуються в електричних моделях і гібридних моделях великих автомобільних компаній, таких як Nissan, Chevrolet і Ford, включаючи три найбільші у світі моделі виробництва та продажу. Лист і Вольт. Гігант батареї моєї країни Wanxiang і компанії Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride і Gateway Power також почали масове виробництво м’яких акумуляторів для постачання великих автомобільних компаній, таких як BAIC і SAIC.

3. Квадратний акумулятор

Популярність квадратних батарей дуже висока в Китаї. Із зростанням кількості автомобільних акумуляторів останніми роками суперечність між запасом ходу автомобіля та ємністю акумулятора стає все більш помітною. Вітчизняні виробники акумуляторів здебільшого використовують квадратні батареї з алюмінієвим корпусом з високою щільністю енергії батареї. , Оскільки структура квадратної батареї відносно проста, на відміну від циліндричної батареї, яка використовує високоміцну нержавіючу сталь як корпус і аксесуари з вибухобезпечними запобіжними клапанами, загальні аксесуари мають малу вагу і відносно високу щільність енергії. Квадратний корпус акумулятора здебільшого виготовлений з алюмінієвого сплаву, нержавіючої сталі та інших матеріалів, а при внутрішньому використанні процесу намотування або ламінування захист акумулятора кращий, ніж у алюмінієво-пластикової плівки (тобто батарея з м’яким пакетом), і безпека батареї відносно циліндрична. Тип батарей також був значно покращений.

Малюнок 5. Структура квадратної комірки

Однак, оскільки квадратну літієву батарею можна налаштувати відповідно до розміру продукту, на ринку представлені тисячі моделей, а оскільки моделей занадто багато, процес важко уніфікувати. Немає жодних проблем із використанням квадратних батарей у звичайних електронних виробах, але для продуктів промислового обладнання, які вимагають кількох послідовних та паралельних батарей, найкраще використовувати стандартизовані циліндричні літієві батареї, щоб гарантований процес виробництва та легше знайти заміну. у майбутньому. батарея.

Серед вітчизняних та зарубіжних компаній, які використовують квадрат в якості процесу пакування, в основному є Samsung SDI (форма упаковки в основному квадратна, а для матеріалу позитивного електрода використовуються потрійні матеріали NCM і NCA. Він активно стежить за виробництвом 21700 батарей), BYD (потужний батареї в основному є квадратними алюмінієвими корпусами), матеріалом катода в основному є літій-залізофосфат, а також проводить дослідження та розробки та технічні резерви потрійних батарей), CATL (продукція в основному – це квадратні алюмінієві батареї, а матеріал катода включає літій-залізо-фосфат і потрійний. Технічний маршрут літій-залізо-фосфату В основному використовується в накопичувачах енергії та автобусах, CATL почав повністю переходити на потрійні матеріали в 2015 році, забезпечуючи потрійні акумуляторні батареї для легкових автомобілів BMW, Geely та інших компаній), Guoxuan Hi-Tech (в основному у формі квадратної упаковки, а матеріал позитивного електрода включає літій-залізофосфат і потрійні матеріали), ТяньцзіньЛішен та ін.

Загалом, три типи упаковки циліндричних, квадратних і м’яких упаковок мають свої переваги та недоліки, і кожна батарея має своє домінантне поле. Найкращий метод пакування можна визначити відповідно до характеристик матеріалу батареї, областей застосування продукту, характеристик продукту тощо в поєднанні з характеристиками форми пакування. Однак кожен тип упаковки акумулятора має свої технологічні труднощі. Хороший дизайн батареї включає складні проблеми в багатьох областях, таких як електрохімія, тепло, електрика та механіка, що висуває високі вимоги до розробників батарей. Людям з літієвими батареями все ще потрібно продовжувати зусилля!