Viktige takeaways:
- Prismatiske vs. sylindriske celler: Prismatiske celler tilbyr høyere volumetrisk energitetthet og er egnet for store batteripakker, mens sylindriske celler gir høyere gravimetrisk energitetthet og lavere produksjonskostnader.
- Ideelle brukstilfeller: Prismatiske celler utmerker seg i batteripakker for elektriske kjøretøy og store energilagringssystemer, mens sylindriske celler foretrekkes for forbrukerelektronikk og elektroverktøy.
- Trender og utsikter: Skiftet mot prismatiske celler for elbiler og energilagringssystemer er tydelig, men sylindriske celler forblir dominerende i kostnadssensitive applikasjoner.
Prismatisk og sylindrisk er de to vanligste litium-ion-batteri celleformer som brukes i dag. Mens begge har distinkte fordeler og ulemper for forskjellige bruksområder, vinner prismatiske celler popularitet for sin effektive pakkeevne og egnethet for store batteripakker. Denne artikkelen sammenligner prismatiske vs sylindriske celler i dybden, og analyserer de viktigste forskjellene i størrelse, ytelse, kostnader og ideelle brukstilfeller.
Hva er prismatiske battericeller?
Definisjon og beskrivelse av prismatiske celler
Prismatiske battericeller, som navnet antyder, er prismatiske i form – de har en rektangulær, bokslignende formfaktor. Begrepet “prismatisk” refererer til en geometrisk prismeform.
Prismatiske celler maksimerer de flate overflatearealene til anode-, katode- og separatorlagene, slik at de kan stables effektivt.
Hvordan prismatiske celler er konstruert
Prismatiske celler er konstruert ved å stable vekslende lag av katode-, anode- og separatormateriale, og deretter omslutte dem i en rektangulær aluminium- eller stålboks. Elektrodelagene er koblet sammen via tapper, slik at strømmen kan flyte.
Den inneholder også elektrolytt for ionetransport. Det harde dekselet bidrar til å opprettholde cellens form og gir strukturell integritet.
Vanlige prismatiske cellestørrelser og kjemi
Vanlige prismatiske litium-ion batteristørrelser inkluderer 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm), og større formater som 22700 og 32113. I motsetning til den sylindriske 18650-cellen, er disse størrelsene spesifikt for prismatiske geometrier.
Prismatiske celler er ofte bundet sammen i moduler og pakket effektivt for å danne store batteripakker for elektriske kjøretøy, energilagringssystemer og andre applikasjoner som krever høy kapasitet.
Litiumjernfosfat (LiFePO4) og nikkel mangan koboltoksid (NMC) er to populære katodekjemi som brukes i prismatiske celler. Det prismatiske formatet tillater fleksibilitet i katodeformuleringen og celledimensjonene for å optimere ytelsen.
Hva er sylindriske battericeller?
Definisjon og beskrivelse av sylindriske celler
Sylindriske battericeller, som navnet tilsier, har en lang sylinderform som ligner et rør eller en boks. De positive og negative elektrodearkene rulles eller vikles opp til en “gelérull” og plassert inne i en sylindrisk metallboks, vanligvis laget av stål eller aluminium. Dette skaper en alternerende spiralstabel av katode-, anode- og separatormateriale inne i cellen.
Den sylindriske utformingen maksimerer arealet av elektrodeplatene som kan passe innenfor det begrensede rommet. Den radielle symmetrien hjelper også jevnt å fordele stress og indre krefter. Sylindriske celler kommer i forskjellige diametre og høyder for å imøtekomme forskjellige kapasiteter.
Hvordan sylindriske celler er konstruert
Sylindrisk celle produksjon starter med å belegge katoden og anodeplatene på tynne metallfolier, vanligvis kobber for anode og aluminium for katode. Disse belagte arkene blir deretter viklet tett med en separatormembran for å lage gelerullelektrodesammenstillingen. Noen ganger stables og brettes elektrodearkene i stedet for å vikles.
Gelérullen settes inn i den sylindriske stål- eller aluminiumsboksen, som fungerer som utvendig boks. En hette og en pakning forsegler boksen. Til slutt injiseres elektrolytt i cellen for å muliggjøre ionestrøm mellom anoden og katoden. Den sylindriske boksen gir struktur og beskytter elektrodene.
Automatiserte viklingsmaskiner sikrer konsistent tetthet og justering av gelérullene under høyvolumsproduksjon. Nøyaktig vikling er avgjørende for å minimere elektrisk motstand og maksimere ytelsen.
Vanlige sylindriske cellestørrelser og kjemi
Noen av de mest brukte sylindriske litium-ion-batteristørrelsene er 18650, 26650, 21700 og 20700 celler. Størrelsen 18650 brukes ofte i bærbare batterier, elektroverktøy og andre forbrukerenheter. Større formater som 21700 og 26650 vokser i popularitet for e-sykler, scootere og elbiler.
Sylindriske celler har tradisjonelt brukt litiumkoboltoksid (LiCoO2) og litiummanganoksid (LiMn2O4) som katodematerialer. Nå er nikkelrike kjemier som nikkelkoboltaluminiumoksid (NCA) og nikkelmangankoboltoksid (NMC) også vanlige i sylindriske celler med høy ytelse.
Nøkkelforskjeller mellom prismatiske og sylindriske celler
Størrelse og form
- Prismatiske celler er vanligvis større i størrelse. Vanlige prismatiske størrelser varierer fra 103450 (103 x 45 mm) opp til 530450 (530 x 450 mm) eller større.
- Vanlige sylindriske cellestørrelser inkluderer 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) og 21700 (21 x 70 mm). Sylindriske celler maks. ca. 46 x 150 mm.
- Prismatiske celler har volumetrisk energitetthet rundt 600-700 Wh/L sammenlignet med 500-600 Wh/L for sylindriske celler.
Kraft og energitetthet
- Sylindriske celler oppnår høyere gravimetrisk energitetthet på 260 Wh/kg sammenlignet med rundt 200 Wh/kg for prismatiske celler.
- Effekttettheten for sylindriske celler av høy kvalitet når opptil 1500 W/kg mot 1000-1200 W/kg for prismatiske.
Produksjon og kostnader
- Sylindriske celleviklingsmaskiner kan produsere over 300 000 celler per dag med lavere arbeidskostnader.
- Storskala prismatisk cellefabrikasjon har mer komplekse stablings-, presse- og sveisetrinn. Output er rundt 50 000 celler per dag.
- Som et resultat har sylindriske celler i dag 15-20 % lavere kostnad per kWh sammenlignet med prismatiske celler.
Ytelse og levetid
- Prismatiske celler varer ofte over 5000 lade-/utladingssykluser før de brytes ned 20 %.
- Sylindriske celler oppnår vanligvis 2000-3000 sykluser før 20 % nedbrytning på grunn av høyere hevelse.
- Prismatiske celler har 5-10 % høyere motstand som reduserer kraftkapasiteten noe.
Her er delen om når du skal bruke prismatiske vs sylindriske celler:
Når skal du bruke prismatiske vs. sylindriske celler
Applikasjoner som er bedre egnet for prismatiske celler
- Batteripakker for elektriske kjøretøy
- Store energilagringssystemer
- Applikasjoner som krever høy energitetthet
Prismatiske celler er godt egnet for disse bruksområdene fordi deres form og konstruksjon tillater effektive batteripakker med høy kapasitet. Den rektangulære prismeformen stabler og pakker bedre enn sylindriske celler.
Prismatiske celler har også fordeler som bedre termisk styringsevne og strukturell stivhet for å forhindre hevelse.
Applikasjoner som er bedre egnet for sylindriske celler
- Forbrukerelektronikk
- Elektroverktøy
- Applikasjoner som krever lavere kostnadsceller
Sylindriske celler fungerer godt for disse bruksområdene fordi de er rimelige å produsere i store volumer. Den sylindriske formen gir også god krafttetthet og rask ladeevne, noe som er viktig for enheter som elektroverktøy. Deres mindre formfaktor passer godt i håndholdt elektronikk.
Nylige trender og fremtidsutsikter
- Skift mot prismatiske celler for batteripakker for elektriske kjøretøy og store energilagringssystemer. Produsenter tar i økende grad i bruk prismatiske celler for emballasje- og ytelsesfordeler.
- Sylindriske celler fortsatt foretrukket for mange forbrukerelektronikk og verktøy på grunn av deres lavere pris. Men noen premium-enheter går over til prismatiske celler også.
- Hvis produksjonskostnadene for prismatiske celler fortsetter å synke, kan de ta flere markedsandeler på tvers av alle applikasjoner i fremtiden. Men sylindriske celler vil sannsynligvis opprettholde dominans i kostnadssensitive applikasjoner.
Fordeler og ulemper med prismatiske vs. sylindriske battericeller
| Prismatisk | Sylindrisk | |
| Fordeler | Høy volumetrisk energitetthet Lang sykluslevetid | Høy gravimetrisk energitetthet Høy effekttetthet Lave produksjonskostnader |
| Ulemper | Noe lavere effekttetthet Høyere $/kWh kostnad | Lavere volumetrisk energitetthet Kortere sykluslevetid |
Når du velger mellom prismatiske og sylindriske litiumionceller, er det avveininger å vurdere basert på applikasjonskravene. Prismatiske celler gir utmerket energitetthet takket være deres form og stive kabinett, noe som gjør dem ideelle for batteripakker som trenger å maksimere kapasiteten. Sylindriske celler leverer imidlertid høyere toppeffekt og lavere kostnader, på bekostning av tetthet på pakningsnivå og problemer med svelling.
For forbrukerenheter med lav effekt der kostnadene er kritiske, forblir sylindriske celler det dominerende valget. Men applikasjoner som krever de høyeste energitetthetene, som elbiler, skifter til prismatiske formater til tross for høyere kostnader. Med kontinuerlige forbedringer i produksjon og tettheter, vil prismatiske celler sannsynligvis få bredere appell på tvers av flere applikasjoner i fremtiden. Men enkel produksjon betyr at sylindriske celler også er kommet for å bli, spesielt for kostnadssensitive bruksområder.
Ved å veie disse fordelene og ulempene nøye, kan batteriingeniører velge den optimale celletypen for å oppfylle kravene til ytelse, levetid og kostnad.
Relaterte artikler:
