Nøgle takeaways:
- Prismatiske vs. cylindriske celler: Prismatiske celler tilbyder højere volumetrisk energitæthed og er egnede til store batteripakker, mens cylindriske celler giver højere gravimetrisk energitæthed og lavere produktionsomkostninger.
- Ideelle brugssager: Prismatiske celler udmærker sig i elektriske køretøjsbatteripakker og store energilagringssystemer, mens cylindriske celler foretrækkes til forbrugerelektronik og elværktøj.
- Trends og Outlook: Skiftet mod prismatiske celler for EV'er og energilagringssystemer er tydeligt, men cylindriske celler forbliver dominerende i omkostningsfølsomme anvendelser.
Prismatiske og cylindriske er de to mest almindelige lithium-ion batteri Celleformer, der bruges i dag. Mens begge har forskellige fordele og ulemper for forskellige anvendelser, vinder prismatiske celler popularitet for deres effektive pakningsevne og egnethed til store Batteripakker. Denne artikel sammenligner prismatiske vs cylindriske celler i dybden og analyserer de vigtigste forskelle i størrelse, ydeevne, omkostninger og ideelle brugssager.
Hvad er prismatiske batterier?
Definition og beskrivelse af prismatiske celler
Prismatiske battericeller, som navnet antyder, er prismatiske i form – De har en rektangulær, kasselignende formfaktor. Udtrykket “Prismatisk” henviser til en geometrisk prismeform.
Prismatiske celler maksimerer de flade overfladeområder af anoden, katoden og separatorlagene, så de kan stables effektivt.
Hvordan prismatiske celler konstrueres
Prismatiske celler er konstrueret ved stabling af skiftende lag af katode, anode og separatormateriale og derefter indkapsling af dem i et rektangulært aluminium eller stål. Elektrodelagene er tilsluttet via faner, hvilket gør det muligt for strøm at flyde.
Det indeholder også elektrolyt til iontransport. Det hårde hus hjælper med at bevare cellens form og giver strukturel integritet.
Almindelige prismatiske cellestørrelser og kemisterier
Almindelige prismatiske lithium-ion-batteristørrelser inkluderer 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm), og større formater som 22700 og 32113. I modsætning til den cylindriske 18650-celle, er disse størrelser specifikt for prismatiske geometrier.
Prismatiske celler samles ofte sammen i moduler og pakkes effektivt for at danne store batteripakker til elektriske køretøjer, energilagringssystemer og andre applikationer, der kræver høj kapacitet.
Lithiumjernphosphat (LIFEPO4) og nikkelmangan -koboltoxid (NMC) er to populære katodekemier, der bruges i prismatiske celler. Det prismatiske format tillader fleksibilitet i katodeformuleringen og celledimensioner at optimere ydeevnen.
Hvad er cylindriske battericeller?
Definition og beskrivelse af cylindriske celler
Cylindriske battericeller, som navnet antyder, har en lang cylinderform, der ligner et rør eller kan. De positive og negative elektrodeark rulles eller afvikles i en “Jelly Roll” og placeret inde i et cylindrisk metal kan typisk lavet af stål eller aluminium. Dette skaber en vekslende spiralstak af katode, anode og separatormateriale i cellen.
Det cylindriske design maksimerer området med elektroderne, der kan passe ind i det begrænsede rum. Den radiale symmetri hjælper også jævnt at fordele stress og interne kræfter. Cylindriske celler findes i forskellige diametre og højder for at imødekomme forskellige kapaciteter.
Hvordan cylindriske celler konstrueres
Cylindrisk celle fremstilling Starter med belægning af katoderne og anoderne på tynde metalfolier, normalt kobber til anode og aluminium til katode. Disse overtrukne ark vikles derefter tæt med en separatormembran for at skabe gelérulleelektrodesamlingen. Lejlighedsvis stables og foldes elektroderne stablet og foldes snarere end sår.
Gelérullen indsættes i det cylindriske stål eller aluminium kan, der tjener som den ydre sag. En hætte og pakning forsegler dåsen. Endelig injiceres elektrolyt i cellen for at muliggøre ionstrømning mellem anoden og katoden. Den cylindriske CAN tilvejebringer struktur og beskytter elektroderne.
Automatiske viklingsmaskiner sikrer ensartet tæthed og justering af gelérullerne under produktion af høj volumen. Præcis vikling er kritisk for at minimere elektrisk modstand og maksimere ydeevnen.
Almindelige cylindriske cellestørrelser og kemisterier
Nogle af de mest anvendte cylindriske lithium-ion-batteristørrelser er 18650, 26650, 21700 og 20700 celler. Størrelsen fra 18650 bruges ofte i bærbare batterier, elværktøjer og andre forbrugerenheder. Større formater som 21700 og 26650 vokser i popularitet for e-cykler, scootere og EV'er.
Cylindriske celler har traditionelt anvendt lithiumkoboltoxid (licoo2) og lithiummanganoxid (limn2O4) som katodematerialer. Nu er nikkelrige kemiske kemikler som nikkel Cobalt-aluminiumoxid (NCA) og nikkelmangan-koboltoxid (NMC) også almindelige i cylindriske celler med højtydende cylindriske celler.
Nøgleforskelle mellem prismatiske og cylindriske celler
Størrelse og form
- Prismatiske celler er typisk større i størrelse. Almindelige prismatiske størrelser spænder fra 103450 (103 x 45 mm) op til 530450 (530 x 450 mm) eller større.
- Almindelige cylindriske cellestørrelser inkluderer 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) og 21700 (21 x 70 mm). Cylindriske celler maksimerer omkring 46 x 150 mm.
- Prismatiske celler har volumetrisk energitæthed omkring 600-700 WH/L sammenlignet med 500-600 WH/L for cylindriske celler.
Kraft og energitæthed
- Cylindriske celler opnår højere gravimetrisk energitæthed på 260 WH/kg sammenlignet med omkring 200 WH/kg for prismatiske celler.
- Strømtæthed for kvalitetscylindriske celler når op til 1500 vægt/kg mod 1000-1200 W/kg for prismatisk.
Fremstilling og omkostninger
- Cylindriske cellevindingsmaskiner kan producere over 300.000 celler pr. Dag med lavere arbejdsomkostninger.
- Storskala prismatisk cellefremstilling har mere kompleks stabling, presning og svejsningstrin. Output er omkring 50.000 celler pr. Dag.
- Som et resultat har cylindriske celler i øjeblikket en 15-20% lavere omkostning pr. KWh sammenlignet med prismatiske celler.
Præstation og levetid
- Prismatiske celler varer ofte over 5.000 opladnings-/dechargecyklusser, før de nedbryder 20%.
- Cylindriske celler opnår typisk 2.000-3.000 cyklusser før 20% nedbrydning på grund af højere hævelse.
- Prismatiske celler har 5-10% højere modstand, hvilket lidt sænker strømkapaciteten.
Her er afsnittet om, hvornår man skal bruge prismatiske vs cylindriske celler:
Hvornår skal man bruge prismatiske vs. cylindriske celler
Applikationer bedre egnet til prismatiske celler
- Elektrisk køretøjsbatteripakker
- Store energilagringssystemer
- Applikationer, der kræver høj energitæthed
Prismatiske celler er velegnet til disse applikationer, fordi deres form og konstruktion giver mulighed for effektive batteripakker med høj kapacitet. Den rektangulære prisme form stabler og pakker bedre end cylindriske celler.
Prismatiske celler har også fordele som bedre termisk styringsevne og strukturel stivhed for at forhindre hævelse.
Applikationer bedre egnet til cylindriske celler
- Forbrugerelektronik
- Elværktøj
- Applikationer, der kræver celler med lavere omkostninger
Cylindriske celler fungerer godt til disse applikationer, fordi de er billige at fremstille ved høje mængder. Den cylindriske form giver også god effekttæthed og hurtig opladningsevne, hvilket er vigtigt for enheder som elværktøj. Deres mindre formfaktor passer godt i håndholdt elektronik.
Nylige tendenser og fremtidige udsigter
- Skift mod prismatiske celler til elektriske køretøjsbatteripakker og store energilagringssystemer. Producenter vedtager i stigende grad prismatiske celler til emballage og ydelsesfordele.
- Cylindriske celler foretrækkes stadig for mange forbrugerelektronik og værktøjer på grund af deres lavere omkostninger. Men nogle premium -enheder skifter også til prismatiske celler.
- Hvis produktionsomkostningerne for prismatiske celler fortsætter med at falde, kan de tage mere markedsandel på tværs af alle applikationer i fremtiden. Men cylindriske celler vil sandsynligvis opretholde dominans i omkostningsfølsomme anvendelser.
Fordele og ulemper ved prismatiske vs. cylindriske batterikeller
| Prismatisk | Cylindrisk | |
| Fordele | Høj volumetrisk energitæthed Lang cyklusliv | Høj gravimetrisk energitæthed Høj effektdensitet Omkostninger til lav produktion |
| Ulemper | Lidt lavere effekttæthed Højere $/kWh -omkostninger | Lavere volumetrisk energitæthed Kortere cyklusliv |
Når man vælger mellem prismatiske og cylindriske lithium-ion-celler, er der kompromiser, der skal overvejes baseret på applikationskravene. Prismatiske celler giver fremragende energitæthed takket være deres form og stive hus, hvilket gør dem ideelle til batteripakker, der skal maksimere kapaciteten. Imidlertid leverer cylindriske celler højere spidsstyrke og lavere omkostninger på bekostning af pakningstæthed og hævelsesproblemer.
For forbrugerenheder med lav effekt, hvor omkostningerne er kritiske, forbliver cylindriske celler det dominerende valg. Men applikationer, der kræver de højeste energitætheder som EV'er, skifter til prismatiske formater på trods af deres højere omkostninger. Med fortsatte forbedringer i fremstilling og densiteter vil prismatiske celler sandsynligvis få bredere appel på tværs af flere anvendelser i fremtiden. Men let produktion betyder, at cylindriske celler også er her for at forblive, især til omkostningsfølsomme anvendelser.
Ved omhyggeligt at veje disse fordele og ulemper kan batteriingeniører vælge den optimale celletype for at imødekomme deres ydelse, levetid og omkostningskrav.
Relaterede artikler:
