Bateriile prismatice vs cilindrice: care este diferența?

Recomandări cheie:

• Celulele prismatice vs. cilindrice: Celulele prismatice oferă o densitate de energie volumetrică mai mare și sunt potrivite pentru baterii mari, în timp ce celulele cilindrice oferă o densitate de energie gravimetrică mai mare și costuri de producție mai mici.
• Cazuri de utilizare ideale: Celulele prismatice excelează în bateriile pentru vehicule electrice și în sistemele mari de stocare a energiei, în timp ce celulele cilindrice sunt preferate pentru electronicele de larg consum și uneltele electrice.
• Tendințe și perspective: Trecerea către celule prismatice pentru vehicule electrice și sisteme de stocare a energiei este evidentă, dar celulele cilindrice rămân dominante în aplicațiile sensibile la costuri.

Prismatic și cilindric sunt cele două cele mai comune baterie litiu-ion formele de celule folosite astăzi. În timp ce ambele au avantaje și dezavantaje distincte pentru diferite aplicații, celulele prismatice câștigă popularitate pentru capacitatea lor eficientă de ambalare și adecvarea pentru mari dimensiuni. pachete de baterii. Acest articol compară celulele prismatice cu cele cilindrice în profunzime, analizând diferențele cheie de dimensiune, performanță, cost și cazuri de utilizare ideale.

Ce sunt celulele bateriei prismatice?

Definirea și descrierea celulelor prismatice

Celulele prismatice ale bateriei, după cum sugerează și numele, au formă prismatică – au un factor de formă dreptunghiular, asemănător unei cutii. Termenul “prismatic” se referă la o formă de prismă geometrică.

Celulele prismatice maximizează suprafețele plane ale straturilor de anod, catod și separator, permițându-le să fie stivuite eficient.

Cum sunt construite celulele prismatice

Celulele prismatice sunt construite prin stivuirea straturilor alternative de material catodic, anod și separator, apoi încapsulându-le într-o cutie dreptunghiulară din aluminiu sau oțel. Straturile de electrozi sunt conectate prin urechi, permițând curentului să circule.

De asemenea, conține electrolit pentru transportul ionilor. Carcasa tare ajută la menținerea formei celulei și asigură integritatea structurală.

Dimensiunile și chimiile comune ale celulelor prismatice

Dimensiunile obișnuite ale bateriilor prismatice litiu-ion includ 103450 (103mm x 45mm), 14650 (146mm x 50mm) și formate mai mari, cum ar fi 22700 și 32113. Spre deosebire de celula cilindrică 18650, aceste dimensiuni sunt special pentru geometriile prismatice.

Celulele prismatice sunt adesea grupate împreună în module și împachetate eficient pentru a forma pachete mari de baterii pentru vehicule electrice, sisteme de stocare a energiei și alte aplicații care necesită capacitate mare.

Fosfatul de fier de litiu (LiFePO4) și oxidul de nichel mangan cobalt (NMC) sunt două substanțe chimice catodice populare utilizate în celulele prismatice. Formatul prismatic permite flexibilitate în formularea catodului și dimensiunile celulei pentru a optimiza performanța.

Ce sunt celulele bateriei cilindrice?

Definirea și descrierea celulelor cilindrice

Celulele cilindrice ale bateriei, după cum sugerează și numele, au o formă lungă de cilindru care seamănă cu un tub sau cutie. Folile electrodului pozitiv și negativ sunt rulate sau înfășurate în a “rulou de jeleu” și plasat în interiorul unei cutii metalice cilindrice, de obicei realizată din oțel sau aluminiu. Acest lucru creează o stivă alternativă în spirală de material catodic, anod și separator în interiorul celulei.

Designul cilindric maximizează suprafața foilor de electrozi care se pot potrivi în spațiul restrâns. Simetria radială ajută, de asemenea, la distribuirea uniformă a stresului și a forțelor interne. Celulele cilindrice au diferite diametre și înălțimi pentru a găzdui diferite capacități.

Cum sunt construite celulele cilindrice

Celulă cilindrică fabricatie începe cu acoperirea foilor catodice și anodice pe folii metalice subțiri, de obicei cupru pentru anod și aluminiu pentru catod. Aceste foi acoperite sunt apoi înfășurate strâns cu o membrană separatoare pentru a crea ansamblul electrodului rolei de jeleu. Ocazional, foile de electrozi sunt stivuite și pliate mai degrabă decât înfășurate.

Rula de jeleu este introdusă în cutia cilindrică din oțel sau aluminiu, care servește drept carcasă externă. Un capac și o garnitură etanșează cutia. În cele din urmă, electrolitul este injectat în celulă pentru a permite fluxul de ioni între anod și catod. Cutia cilindrica ofera structura si protejeaza electrozii.

Mașinile de bobinat automate asigură etanșeitatea și alinierea constantă a rolelor de jeleu în timpul producției de volum mare. Înfășurarea precisă este esențială pentru a minimiza rezistența electrică și a maximiza performanța.

Dimensiunile și chimiile comune ale celulelor cilindrice

Unele dintre cele mai utilizate dimensiuni de baterii cilindrice litiu-ion sunt 18650, 26650, 21700 și 20700 celule. Dimensiunea 18650 este folosită în mod obișnuit în bateriile de laptop, scule electrice și alte dispozitive de consum. Formatele mai mari, cum ar fi 21700 și 26650, sunt în creștere în popularitate pentru biciclete electrice, scutere și vehicule electrice.

Celulele cilindrice au folosit în mod tradițional oxidul de litiu cobalt (LiCoO2) și oxidul de litiu mangan (LiMn2O4) ca materiale catodice. Acum, chimiile bogate în nichel, cum ar fi oxidul de nichel cobalt aluminiu (NCA) și oxidul de nichel mangan cobalt (NMC) sunt, de asemenea, comune în celulele cilindrice de înaltă performanță.

Diferențele cheie între celulele prismatice și cilindrice

Mărime și formă

• Celulele prismatice sunt de obicei mai mari ca dimensiuni. Dimensiunile prismatice comune variază de la 103450 (103 x 45 mm) până la 530450 (530 x 450 mm) sau mai mari.
• Dimensiunile obișnuite ale celulelor cilindrice includ 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) și 21700 (21 x 70 mm). Celulele cilindrice au o dimensiune maximă de aproximativ 46 x 150 mm.
• Celulele prismatice au o densitate de energie volumetrică în jur de 600-700 Wh/L comparativ cu 500-600 Wh/L pentru celulele cilindrice.

Putere și densitate energetică

• Celulele cilindrice ating o densitate de energie gravimetrică mai mare de 260 Wh/kg, comparativ cu aproximativ 200 Wh/kg pentru celulele prismatice.
• Densitatea de putere pentru celule cilindrice de calitate ajunge până la 1500 W/kg față de 1000-1200 W/kg pentru prismatic.

Producție și costuri

• Mașinile de bobinat cu celule cilindrice pot produce peste 300.000 de celule pe zi, cu costuri de muncă mai mici.
• Fabricarea celulelor prismatice la scară largă are etape mai complexe de stivuire, presare și sudare. Producția este de aproximativ 50.000 de celule pe zi.
• Ca urmare, celulele cilindrice au în prezent un cost pe kWh mai mic cu 15-20% comparativ cu celulele prismatice.

Performanță și durata de viață

• Celulele prismatice durează adesea peste 5.000 de cicluri de încărcare/descărcare înainte de a se degrada cu 20%.
• Celulele cilindrice realizează de obicei 2.000-3.000 de cicluri înainte de degradarea cu 20% din cauza umflăturii mai mari.
• Celulele prismatice au o rezistență mai mare cu 5-10%, ceea ce scade ușor capacitatea de putere.

Iată secțiunea despre când să folosiți celule prismatice vs celule cilindrice:

Când să folosiți celule prismatice față de celule cilindrice

Aplicații mai potrivite pentru celule prismatice

• Pachete de baterii pentru vehicule electrice
• Sisteme mari de stocare a energiei
• Aplicații care necesită o densitate mare de energie

Celulele prismatice sunt potrivite pentru aceste aplicații, deoarece forma și construcția lor permit acumulari eficiente de mare capacitate. Forma dreptunghiulară a prismei se stivuiește și se împachetează mai bine decât celulele cilindrice.

Celulele prismatice au, de asemenea, avantaje precum o mai bună capacitate de gestionare termică și rigiditate structurală pentru a preveni umflarea.

Aplicații mai potrivite pentru celule cilindrice

• Electronice de larg consum
• Scule electrice
• Aplicații care necesită celule cu costuri mai mici

Celulele cilindrice funcționează bine pentru aceste aplicații, deoarece sunt ieftine de fabricat la volume mari. Forma cilindrică oferă, de asemenea, o densitate bună de putere și o capacitate de încărcare rapidă, ceea ce este important pentru dispozitive precum uneltele electrice. Factorul lor de formă mai mic se potrivește bine în electronicele portabile.

Tendințe recente și perspective de viitor

• Trecerea către celule prismatice pentru baterii de vehicule electrice și sisteme mari de stocare a energiei. Producătorii adoptă din ce în ce mai mult celule prismatice pentru ambalare și avantaje de performanță.
• Celulele cilindrice sunt încă preferate pentru multe electronice și unelte de larg consum datorită costului lor mai mic. Dar unele dispozitive premium trec și la celule prismatice.
• Dacă costurile de producție ale celulelor prismatice continuă să scadă, acestea ar putea lua mai multă cotă de piață în toate aplicațiile în viitor. Dar celulele cilindrice vor menține probabil dominația în aplicațiile sensibile la costuri.

Avantajele și dezavantajele celulelor bateriei prismatice vs. cilindrice

Atunci când alegeți dintre celulele prismatice și cilindrice cu ioni de litiu, există compromisuri de luat în considerare în funcție de cerințele aplicației. Celulele prismatice oferă o densitate excelentă de energie datorită formei și carcasei rigide, făcându-le ideale pentru bateriile care trebuie să maximizeze capacitatea. Cu toate acestea, celulele cilindrice oferă o putere de vârf mai mare și costuri mai mici, în detrimentul problemelor de densitate și umflare la nivel de pachet.

Pentru dispozitivele de consum redus, unde costul este critic, celulele cilindrice rămân alegerea dominantă. Dar aplicațiile care solicită cele mai mari densități de energie, cum ar fi vehiculele electrice, trec la formate prismatice, în ciuda costului lor mai mare. Odată cu îmbunătățirea continuă a producției și a densităților, celulele prismatice vor câștiga probabil un atractiv mai larg în mai multe aplicații în viitor. Dar ușurința producției înseamnă că celulele cilindrice sunt aici pentru a rămâne, de asemenea, mai ales pentru utilizări sensibile la costuri.

Cântărind cu atenție aceste avantaje și dezavantaje, inginerii bateriilor pot selecta tipul optim de celulă pentru a satisface cerințele lor de performanță, durată de viață și cost.

Articole înrudite:

• Înțelegerea a șase tipuri de baterii cu litiu: care este cea mai bună pentru nevoile dvs.?
• Baterii cu litiu-ion versus baterii cu litiu polimer: care este mai bine?
• 7 lucruri pe care ar trebui să le știți despre baterie cu litiu ion și litiu fier fosfat
• Compararea bateriilor 18650 și 26650: un ghid aprofundat