주요 시사점:
- 각형 셀과 원통형 셀: 각형 셀은 더 높은 체적 에너지 밀도를 제공하고 대형 배터리 팩에 적합한 반면, 원통형 셀은 더 높은 중량 에너지 밀도와 더 낮은 제조 비용을 제공합니다.
- 이상적인 사용 사례: 각형 셀은 전기 자동차 배터리 팩 및 대규모 에너지 저장 시스템에 탁월한 반면, 원통형 셀은 가전 제품 및 전동 공구에 선호됩니다.
- 동향 및 전망: EV 및 에너지 저장 시스템에서 각형 셀로의 전환은 분명하지만 비용에 민감한 응용 분야에서는 원통형 셀이 여전히 지배적입니다.
프리즘형과 원통형이 가장 일반적입니다. 리튬 이온 배터리 오늘날 사용되는 세포 모양. 두 가지 모두 서로 다른 응용 분야에 대해 뚜렷한 장점과 단점이 있지만, 각형 전지는 효율적인 포장 기능과 대규모 응용 분야의 적합성으로 인해 인기를 얻고 있습니다. 배터리 팩. 이 기사에서는 각형 셀과 원통형 셀을 심층적으로 비교하고 크기, 성능, 비용 및 이상적인 사용 사례의 주요 차이점을 분석합니다.
각형 배터리 셀이란 무엇입니까?
프리즘 셀의 정의 및 설명
각형 배터리 셀은 이름에서 알 수 있듯이 각형 모양입니다. – 직사각형의 상자 모양 폼 팩터를 가지고 있습니다. 용어 “프리즘형의” 기하학적인 프리즘 모양을 말합니다.
각형 셀은 양극, 음극, 분리막 층의 평평한 표면적을 최대화하여 효율적으로 적층할 수 있도록 합니다.
프리즘 셀이 구성되는 방법
각형 셀은 음극, 양극 및 분리막 재료를 교대로 쌓은 다음 이를 직사각형 알루미늄 또는 강철 캔에 넣어 구성됩니다. 전극층은 탭을 통해 연결되어 전류가 흐를 수 있습니다.
또한 이온 전달을 위한 전해질도 포함되어 있습니다. 단단한 케이스는 세포의 모양을 유지하는 데 도움이 되며 구조적 무결성을 제공합니다.
일반적인 프리즘 셀 크기 및 화학
일반적인 각형 리튬 이온 배터리 크기에는 103450(103mm x 45mm), 14650(146mm x 50mm) 및 22700 및 32113과 같은 대형 형식이 포함됩니다. 원통형 18650 셀과 달리 이러한 크기는 특별히 각형 형상에 적합합니다.
각형 셀은 종종 모듈로 함께 묶이고 효율적으로 포장되어 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 고용량을 요구하는 기타 응용 분야를 위한 대형 배터리 팩을 형성합니다.
리튬 철 인산염(LiFePO4)과 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)은 각형 전지에 사용되는 두 가지 널리 사용되는 음극 화학 물질입니다. 프리즘형 형식은 성능을 최적화하기 위해 음극 구성 및 셀 크기의 유연성을 허용합니다.
원통형 배터리 셀이란 무엇입니까?
원통형 셀의 정의 및 설명
원통형 배터리 셀은 이름에서 알 수 있듯이 튜브나 캔과 유사한 긴 원통 모양을 가지고 있습니다. 양극과 음극 시트는 말리거나 감겨져 있습니다. “젤리롤” 일반적으로 강철이나 알루미늄으로 만들어진 원통형 금속 캔 내부에 배치됩니다. 이로 인해 셀 내에 음극, 양극 및 분리막 재료가 교대로 나선형으로 쌓이게 됩니다.
원통형 디자인은 제한된 공간에 들어갈 수 있는 전극 시트의 면적을 최대화합니다. 방사형 대칭은 또한 응력과 내부 힘을 고르게 분산시키는 데 도움이 됩니다. 원통형 셀은 다양한 용량을 수용할 수 있도록 다양한 직경과 높이로 제공됩니다.
원통형 셀의 구성 방법
원통형 셀 조작 일반적으로 양극에는 구리, 음극에는 알루미늄 등 얇은 금속박에 음극과 양극 시트를 코팅하는 것으로 시작됩니다. 이 코팅된 시트는 분리막으로 단단히 감겨 젤리 롤 전극 조립체를 만듭니다. 전극 시트를 감는 것이 아니라 쌓아서 접는 경우도 있습니다.
젤리 롤은 외부 케이스 역할을 하는 원통형 강철 캔이나 알루미늄 캔에 삽입됩니다. 캡과 개스킷이 캔을 밀봉합니다. 마지막으로 전해질이 셀에 주입되어 양극과 음극 사이의 이온 흐름이 가능해집니다. 원통형 캔은 구조를 제공하고 전극을 보호합니다.
자동 와인딩 기계는 대량 생산 중에 젤리 롤의 일관된 견고성과 정렬을 보장합니다. 전기 저항을 최소화하고 성능을 최대화하려면 정밀한 권선이 중요합니다.
일반적인 원통형 셀 크기 및 화학
가장 널리 사용되는 원통형 리튬 이온 배터리 크기는 다음과 같습니다. 18650, 26650, 21700 및 20700 셀. 18650 크기는 일반적으로 노트북 배터리, 전동 공구 및 기타 소비자 장치에 사용됩니다. 21700 및 26650과 같은 더 큰 형식은 전기 자전거, 스쿠터 및 EV에 대한 인기가 높아지고 있습니다.
원통형 전지는 전통적으로 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)과 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)을 음극 재료로 사용해 왔습니다. 이제 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA) 및 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)과 같은 니켈이 풍부한 화학 물질도 고성능 원통형 셀에서 일반적입니다.
각형 셀과 원통형 셀의 주요 차이점
크기와 모양
- 프리즘형 셀은 일반적으로 크기가 더 큽니다. 일반적인 프리즘 크기 범위는 103450(103 x 45mm)에서 최대 530450(530 x 450mm) 이상입니다.
- 일반적인 원통형 셀 크기에는 18650(18 x 65mm), 26650(26 x 65mm) 및 21700(21 x 70mm)이 포함됩니다. 원통형 셀의 최대 크기는 약 46 x 150mm입니다.
- 각형 전지의 체적 에너지 밀도는 원통형 전지의 500~600Wh/L에 비해 약 600~700Wh/L입니다.
전력 및 에너지 밀도
- 원통형 셀은 각형 셀의 약 200Wh/kg에 비해 260Wh/kg의 더 높은 중량 에너지 밀도를 달성합니다.
- 고품질 원통형 셀의 전력 밀도는 각형 셀의 경우 1000~1200W/kg인 데 비해 최대 1500W/kg에 이릅니다.
제조 및 비용
- 원통형 셀 와인딩 기계는 더 낮은 인건비로 하루에 300,000개 이상의 셀을 생산할 수 있습니다.
- 대규모 프리즘형 셀 제조에는 적층, 프레싱 및 용접 단계가 더 복잡합니다. 하루에 약 50,000개의 셀이 출력됩니다.
- 결과적으로 원통형 셀은 현재 각형 셀에 비해 kWh당 비용이 15~20% 더 저렴합니다.
성능과 수명
- 각형 셀은 20% 성능 저하가 발생하기 전에 5,000회 이상의 충전/방전 주기를 지속하는 경우가 많습니다.
- 원통형 셀은 일반적으로 더 높은 팽창으로 인해 20% 분해되기 전에 2,000-3,000주기를 달성합니다.
- 각형 셀은 저항이 5~10% 더 높아 전력 용량이 약간 낮아집니다.
프리즘형 셀과 원통형 셀을 언제 사용하는지에 대한 섹션은 다음과 같습니다.
기둥형 셀과 원통형 셀을 사용하는 경우
각형 셀에 더 적합한 애플리케이션
- 전기 자동차 배터리 팩
- 대형 에너지 저장 시스템
- 높은 에너지 밀도가 필요한 응용 분야
각형 셀은 모양과 구조가 효율적인 고용량 배터리 팩을 가능하게 하기 때문에 이러한 응용 분야에 매우 적합합니다. 직사각형 프리즘 모양은 원통형 셀보다 더 잘 쌓이고 포장됩니다.
각형 셀은 또한 더 나은 열 관리 기능과 팽창을 방지하기 위한 구조적 견고성과 같은 장점을 가지고 있습니다.
원통형 셀에 더 적합한 애플리케이션
- 가전제품
- 전동 공구
- 저비용 셀이 필요한 애플리케이션
원통형 셀은 대량으로 제조하는 데 비용이 저렴하기 때문에 이러한 응용 분야에 적합합니다. 원통형 모양은 또한 전동 공구와 같은 장치에 중요한 우수한 전력 밀도와 빠른 충전 능력을 제공합니다. 더 작은 폼 팩터는 휴대용 전자 장치에 잘 맞습니다.
최근 동향 및 향후 전망
- 전기 자동차 배터리 팩 및 대형 에너지 저장 시스템을 위한 각형 셀로 전환하십시오. 제조업체는 패키징 및 성능 이점을 위해 점점 더 각형 셀을 채택하고 있습니다.
- 원통형 셀은 저렴한 비용으로 인해 많은 가전제품 및 도구에 여전히 선호됩니다. 그러나 일부 프리미엄 장치도 각형 셀로 전환하고 있습니다.
- 각형 셀의 제조 비용이 계속 감소하면 향후 모든 응용 분야에서 더 많은 시장 점유율을 차지할 수 있습니다. 그러나 원통형 셀은 비용에 민감한 응용 분야에서 우위를 유지할 가능성이 높습니다.
각형과 원통형 배터리 셀의 장단점
| 프리즘 | 원통형 | |
| 장점 | 높은 체적 에너지 밀도 긴 사이클 수명 | 높은 중량 에너지 밀도 높은 전력 밀도 낮은 제조 비용 |
| 단점 | 약간 낮은 전력 밀도 더 높은 $/kWh 비용 | 낮은 체적 에너지 밀도 짧은 수명 |
각형과 원통형 리튬 이온 셀 중에서 선택할 때 애플리케이션 요구 사항에 따라 고려해야 할 장단점이 있습니다. 각형 셀은 모양과 견고한 케이스 덕분에 탁월한 에너지 밀도를 제공하므로 용량을 극대화해야 하는 배터리 팩에 이상적입니다. 그러나 원통형 셀은 팩 수준 밀도 및 팽창 문제를 희생하면서 더 높은 피크 전력과 더 낮은 비용을 제공합니다.
비용이 중요한 저전력 소비자 장치의 경우 원통형 셀이 여전히 지배적인 선택입니다. 그러나 EV와 같이 가장 높은 에너지 밀도를 요구하는 애플리케이션은 더 높은 비용에도 불구하고 프리즘 형식으로 전환하고 있습니다. 제조 및 밀도가 지속적으로 향상됨에 따라 각형 셀은 향후 더 많은 응용 분야에서 더 폭넓은 매력을 얻게 될 것입니다. 그러나 생산 용이성은 원통형 셀이 특히 비용에 민감한 용도로 사용된다는 것을 의미합니다.
배터리 엔지니어는 이러한 장단점을 신중하게 고려하여 성능, 수명 및 비용 요구 사항을 충족하는 최적의 셀 유형을 선택할 수 있습니다.
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