Células de bateria prismáticas versus cilíndricas: qual é a diferença?

Principais vantagens:

• Células prismáticas vs. cilíndricas: As células prismáticas oferecem maior densidade de energia volumétrica e são adequadas para baterias grandes, enquanto as células cilíndricas fornecem maior densidade de energia gravimétrica e menores custos de fabricação.
• Casos de uso ideais: As células prismáticas se destacam em baterias de veículos elétricos e grandes sistemas de armazenamento de energia, enquanto as células cilíndricas são preferidas para eletrônicos de consumo e ferramentas elétricas.
• Tendências e perspectivas: A mudança em direção às células prismáticas para SVs e sistemas de armazenamento de energia é evidente, mas as células cilíndricas permanecem dominantes em aplicações sensíveis ao custo.

Prismático e cilíndrico são os dois mais comuns bateria de íon de lítio Formas de células usadas hoje. Embora ambos tenham vantagens distintas e desvantagens para diferentes aplicações, as células prismáticas estão ganhando popularidade por sua capacidade de embalagem eficiente e adequação para grandes Bateria de bateria. Este artigo compara as células prismáticas versus cilíndricas em profundidade, analisando as principais diferenças de tamanho, desempenho, custo e casos de uso ideais.

O que são células de bateria prismática?

Definição e descrição das células prismáticas

As células da bateria prismática, como o nome sugerem, são de forma prismática – Eles têm um fator de forma retangular, semelhante a uma caixa. O termo “prismático” refere -se a uma forma geométrica do prisma.

As células prismáticas maximizam as áreas de superfície plana dos camadas de ânodo, cátodo e separador, permitindo que sejam empilhados com eficiência.

Como as células prismáticas são construídas

As células prismáticas são construídas empilhando camadas alternadas de cátodo, ânodo e material separador e envolvendo -as em uma lata de alumínio ou aço retangular. As camadas do eletrodo são conectadas através das guias, permitindo que a corrente flua.

Ele também contém eletrólito para transporte de íons. O invólucro duro ajuda a manter a forma da célula e fornece integridade estrutural.

Tamanhos de células prismáticas comuns e químicas

Os tamanhos de bateria de íons de lítio prismático comum incluem os 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm) e formatos maiores como os 22700 e 32113. Ao contrário da célula cilíndrica 18650, esses tamanhos são especificamente para geometrias prismáticas.

As células prismáticas são frequentemente agrupadas em módulos e embaladas com eficiência para formar grandes baterias para veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia e outras aplicações que requerem alta capacidade.

O fosfato de ferro de lítio (LIFEPO4) e o óxido de cobalto de níquel de manganês (NMC) são duas químicas cátode populares usadas em células prismáticas. O formato prismático permite flexibilidade na formulação do cátodo e nas dimensões celulares para otimizar o desempenho.

O que são células de bateria cilíndrica?

Definição e descrição das células cilíndricas

As células da bateria cilíndrica, como o nome indica, têm uma forma longa de cilindro semelhante a um tubo ou pode. As folhas de eletrodo positivas e negativas são enroladas ou enroladas em um “Roll geléia” e colocado dentro de um metal cilíndrico pode, normalmente feito de aço ou alumínio. Isso cria uma pilha espiral alternada de material cátodo, ânodo e separador dentro da célula.

O design cilíndrico maximiza a área das folhas de eletrodo que podem se encaixar no espaço confinado. A simetria radial também ajuda a distribuir uniformemente o estresse e as forças internas. As células cilíndricas vêm em vários diâmetros e alturas para acomodar diferentes capacidades.

Como as células cilíndricas são construídas

Célula cilíndrica fabricação Começa com o revestimento das folhas de cátodo e ânodo em finas finas de metal, geralmente cobre para ânodo e alumínio para o cátodo. Essas folhas revestidas são fortemente enroladas com uma membrana separadora para criar o conjunto de eletrodos do rolo de geléia. Ocasionalmente, as folhas de eletrodo são empilhadas e dobradas em vez de feridas.

O rolo de geléia é inserido na lata de aço ou alumínio cilíndrico, que serve como caixa externa. Uma tampa e uma junta sela a lata. Finalmente, o eletrólito é injetado na célula para permitir o fluxo de íons entre o ânodo e o cátodo. A lata cilíndrica fornece estrutura e protege os eletrodos.

As máquinas de enrolamento automatizadas garantem aperto e alinhamento consistentes dos rolos de geléia durante a produção de alto volume. O enrolamento preciso é fundamental para minimizar a resistência elétrica e maximizar o desempenho.

Tamanhos de células e químicas cilíndricas comuns

Alguns dos tamanhos de bateria de íons de lítio cilíndricos mais amplamente utilizados são 18650, 26650, 21700 e 20700 células. O tamanho de 18650 é comumente usado em baterias de laptop, ferramentas elétricas e outros dispositivos de consumo. Formatos maiores como 21700 e 26650 estão crescendo em popularidade para bicicletas eletrônicas, scooters e EVs.

As células cilíndricas tradicionalmente utilizam óxido de cobalto de lítio (Licoo2) e óxido de manganês de lítio (LIMN2O4) como materiais de cátodo. Agora, químicas ricas em níquel, como óxido de alumínio de cobalto de níquel (NCA) e óxido de cobalto de manganês de níquel (NMC), também são comuns em células cilíndricas de alta eficiência.

Principais diferenças entre células prismáticas e cilíndricas

Tamanho e forma

• As células prismáticas são tipicamente maiores em tamanho. Os tamanhos prismáticos comuns variam de 103450 (103 x 45 mm) até 530450 (530 x 450 mm) ou maiores.
• Os tamanhos de células cilíndricos comuns incluem 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) e 21700 (21 x 70 mm). As células cilíndricas maximizam cerca de 46 x 150 mm.
• As células prismáticas têm densidade de energia volumétrica em torno de 600-700 WH/L em comparação com 500-600 WH/L para células cilíndricas.

Densidade de energia e energia

• As células cilíndricas alcançam maior densidade de energia gravimétrica de 260 wh/kg em comparação com cerca de 200 wh/kg para células prismáticas.
• A densidade de potência para células cilíndricas de qualidade atinge até 1500 W/kg versus 1000-1200 W/kg para prismático.

Fabricação e custos

• As máquinas de enrolamento de células cilíndricas podem produzir mais de 300.000 células por dia com custos de mão -de -obra mais baixos.
• A fabricação de células prismáticas em larga escala tem etapas mais complexas de empilhamento, prensagem e soldagem. A produção é de cerca de 50.000 células por dia.
• Como resultado, as células cilíndricas atualmente têm um custo de 15 a 20% menor por kWh em comparação às células prismáticas.

Desempenho e vida útil

• As células prismáticas geralmente duram mais de 5.000 ciclos de carga/descarga antes de degradar 20%.
• As células cilíndricas geralmente atingem 2.000 a 3.000 ciclos antes da degradação de 20% devido ao inchaço mais alto.
• As células prismáticas têm uma resistência 5-10% maior, que reduz ligeiramente a capacidade de potência.

Aqui está a seção sobre quando usar células prismáticas versus cilíndricas:

Quando usar células prismáticas versus cilíndricas

Aplicações mais adequadas para células prismáticas

• Bateria de veículo elétrico
• Grandes sistemas de armazenamento de energia
• Aplicações que exigem alta densidade de energia

As células prismáticas são adequadas para essas aplicações, porque sua forma e construção permitem baterias eficientes de alta capacidade. A forma retangular do prisma pilha e os embalagens melhor do que as células cilíndricas.

As células prismáticas também têm vantagens, como melhor capacidade de gerenciamento térmico e rigidez estrutural para evitar o inchaço.

Aplicações mais adequadas para células cilíndricas

• Eletrônica de consumo
• Ferramentas elétricas
• Aplicações que exigem células de menor custo

As células cilíndricas funcionam bem para essas aplicações, porque são baratas para fabricar em altos volumes. A forma cilíndrica também fornece boa densidade de potência e capacidade de carregamento rápido, o que é importante para dispositivos como ferramentas elétricas. Seu fator de forma menor se encaixa bem na eletrônica portátil.

Tendências recentes e perspectivas futuras

• Mudança em direção às células prismáticas para baterias de veículos elétricos e grandes sistemas de armazenamento de energia. Os fabricantes estão adotando cada vez mais células prismáticas para as vantagens de embalagem e desempenho.
• As células cilíndricas ainda preferiam muitos eletrônicos e ferramentas de consumo devido ao seu menor custo. Mas alguns dispositivos premium também estão mudando para células prismáticas.
• Se os custos de fabricação das células prismáticos continuarem diminuindo, elas poderão tomar mais participação de mercado em todas as aplicações no futuro. Mas as células cilíndricas provavelmente manterão o domínio em aplicações sensíveis ao custo.

Os prós e contras das células de bateria prismática vs. cilíndrica

Ao selecionar entre células prismáticas e cilíndricas de íons de lítio, há trocas a serem consideradas com base nos requisitos de aplicação. As células prismáticas fornecem excelente densidade de energia graças à sua forma e revestimento rígido, tornando -as ideais para baterias que precisam maximizar a capacidade. No entanto, as células cilíndricas oferecem maior potência de pico e menor custo, às custas da densidade do nível da embalagem e dos problemas de inchaço.

Para dispositivos de consumo de baixa potência, onde o custo é crítico, as células cilíndricas continuam sendo a escolha dominante. Mas as aplicações que exigem as maiores densidades de energia como os VEs estão mudando para formatos prismáticos, apesar de seu custo mais alto. Com melhorias contínuas na fabricação e densidades, as células prismáticas provavelmente ganharão apelo mais amplo em mais aplicações no futuro. Mas a facilidade de produção significa que as células cilíndricas também estão aqui para ficar, especialmente para usos sensíveis ao custo.

Ao pesar cuidadosamente esses prós e contras, os engenheiros de bateria podem selecionar o tipo de célula ideal para atender aos requisitos de desempenho, vida útil e de custo.

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