Kľúčové poznatky:
- Prizmatické vs. valcové bunky: Prizmatické bunky ponúkajú vyššiu objemovú hustotu energie a sú vhodné pre veľké batérie, zatiaľ čo valcové bunky poskytujú vyššiu gravimetrickú hustotu energie a nižšie výrobné náklady.
- Ideálne prípady použitia: Prizmatické bunky vynikajú v batériách s elektrickými vozidlami a veľké systémy na skladovanie energie, zatiaľ čo valcovité bunky sú preferované pre spotrebnú elektroniku a elektrické náradie.
- Trendy a výhľad: Posun smerom k prizmatickým bunkám pre EVS a systémy na uchovávanie energie je zrejmý, ale valcovité bunky zostávajú dominantné v cenovo citlivých aplikáciách.
Prizmatické a valcové sú dve najbežnejšie lítium-iónová batéria Bunkové tvary používané dnes. Aj keď obidve majú výrazné výhody a nevýhody pre rôzne aplikácie, prizmatické bunky získavajú popularitu pre svoju účinnú schopnosť balenia a vhodnosť pre veľké veľké batéria. Tento článok porovnáva do hĺbky prizmatické verzus vs valcové bunky a analyzuje kľúčové rozdiely vo veľkosti, výkone, nákladoch a ideálnych prípadoch použitia.
Čo sú to prizmatické batériové bunky?
Definícia a opis prizmatických buniek
Prizmatické batériové bunky, ako už názov napovedá, majú hravanu tvaru – Majú obdĺžnikový škatuľu podobný formálnemu faktoru. Termín “hranolový” odkazuje na geometrický tvar hranolu.
Prizmatické bunky maximalizujú ploché povrchy anódy, katódy a vrstvy oddeľovača, čo umožňuje ich efektívne naskladanie.
Ako sú konštruované prizmatické bunky
Prizmatické bunky sa konštruujú stohovaním striedajúcich sa vrstiev katódy, anódy a oddeľovacieho materiálu, potom ich obklopujú v obdĺžnikovom hliníku alebo oceľovej plechovke. Vrstvy elektród sú pripojené cez karty, čo umožňuje prúdenie prúdu.
Obsahuje tiež elektrolyt na prepravu iónov. Tvrdé puzdro pomáha udržiavať tvar bunky a poskytuje štrukturálnu integritu.
Bežné veľkosti a chemikácie primmatických buniek
Bežná prizmatická lítium-iónová veľkosť batérií zahŕňa 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm) a väčšie formáty, ako sú 22700 a 32113. Na rozdiel od valcovej bunky 18650 sú tieto veľkosti špeciálne pre prizmatické geometrie.
Prizmatické bunky sa často spájajú v moduloch a efektívne sa zabalia, aby vytvorili veľké batérie pre elektrické vozidlá, systémy na skladovanie energie a ďalšie aplikácie, ktoré si vyžadujú vysokú kapacitu.
Fosforečnan litium železa (LIFEPO4) a oxid kobaltovým mangánom (NMC) sú dve populárne katódové chemikácie používané v prizmatických bunkách. Prizmatický formát umožňuje flexibilitu vo formulácii katódy a rozmerov buniek na optimalizáciu výkonu.
Čo sú to valcové batériové bunky?
Definícia a opis valcových buniek
Valcové batériové bunky, ako už názov napovedá, majú dlhý tvar valca pripomínajúci trubicu alebo plechovku. Pozitívne a negatívne elektródové listy sú valcované alebo vyvinuté do a “želé” a umiestnené vo valcovom kovovom plechovke, zvyčajne vyrobené z ocele alebo hliníka. To vytvára striedavý špirálový stoh katódy, anódy a oddeľovacieho materiálu v bunke.
Valcový dizajn maximalizuje plochu elektródových listov, ktoré sa zmestia do obmedzeného priestoru. Radiálna symetria tiež pomáha rovnomerne distribuovať stres a vnútorné sily. Valcovité bunky sa dodávajú v rôznych priemeroch a výškach, aby sa prispôsobili rôznym kapacitám.
Ako sú konštruované valcové bunky
Valcová bunka výroby Začína sa potiahnutím katódy a anódových listov na tenkých kovových fóliách, zvyčajne medi pre anódu a hliník pre katódu. Tieto potiahnuté listy sú potom pevne navinuté s oddeľovacou membránou, aby sa vytvorila zostava elektród želé. Občas sú elektródové listy naskladané a zložené skôr ako rany.
Jelly Roll sa vkladá do valcovej ocele alebo hliníkovej plechovky, ktorá slúži ako vonkajší prípad. Canch a tesnenie utesňujú plechovku. Nakoniec sa do bunky vstrekuje elektrolyt, aby sa umožnil tok iónov medzi anódou a katódou. Valcový môže poskytovať štruktúru a chrániť elektródy.
Automatizované vinutia strojov zaisťujú konzistentnú tesnosť a zarovnanie želé počas výroby s veľkým objemom. Presné vinutie je rozhodujúce pre minimalizáciu elektrického odporu a maximalizáciu výkonu.
Spoločné veľkosti a chemikácie valcových buniek
Niektoré z najpoužívanejších veľkostí batérií lítium-iónov sú 18650, 26650, 21700 a 20700 buniek. Veľkosť z roku 18650 sa bežne používa v batériách prenosných počítačov, elektrických náradia a iných spotrebiteľských zariadení. Väčšie formáty ako 21700 a 26650 rastú v popularite pre e-bicykle, skútre a EV.
Cylindrické bunky sa tradične využívajú oxid kobaltu lítium (LICOO2) a oxid mangánu lítium (LIMN2O4) ako katódové materiály. Teraz sú chemické chemikácie bohaté na nikel, ako je oxid hlinitý kobalt hlinitý (NCA) a oxid kobaltu mangánu niklu (NMC).
Kľúčové rozdiely medzi prizmatickými a valcovými bunkami
Veľkosť a tvar
- Prizmatické bunky sú zvyčajne väčšie. Bežné hranolové veľkosti sa pohybujú od 103450 (103 x 45 mm) do 530450 (530 x 450 mm) alebo väčšie.
- Bežné veľkosti valcových buniek zahŕňajú 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) a 21700 (21 x 70 mm). Valcové bunky maximálne vychádzajú okolo 46 x 150 mm.
- Prizmatické bunky majú objemovú hustotu energie okolo 600-700 WH/l v porovnaní s 500-600 WH/l pre valcovité bunky.
Hustota energie
- Valcovité bunky dosahujú vyššiu gravimetrickú hustotu energie 260 WH/kg v porovnaní s približne 200 WH/kg pre prizmatické bunky.
- Hustota výkonu pre kvalitné valcové bunky dosahuje až 1500 W/kg oproti 1 000-1200 w/kg pre hranolu.
Výroba a náklady
- Stroje valcoviny valcových buniek môžu produkovať viac ako 300 000 buniek za deň s nižšími nákladmi na prácu.
- Veľká výroba prizmatických buniek má zložitejšie kroky stohovania, lisovania a zvárania. Výstup je okolo 50 000 buniek denne.
- Výsledkom je, že valcové bunky majú v súčasnosti o 15 až 20% nižšie náklady na kWh v porovnaní s prizmatickými bunkami.
Výkon
- Prizmatické bunky často trvajú viac ako 5 000 cyklov náboja/vybíjania pred degradým 20%.
- Valcovité bunky zvyčajne dosahujú 2 000-3 000 cyklov pred 20% degradáciou v dôsledku vyššieho opuchu.
- Prizmatické bunky majú 5-10% vyššiu odolnosť, ktorá mierne znižuje schopnosť energie.
Tu je časť o tom, kedy používať prizmatické vs valcové bunky:
Kedy použiť prizmatické vs. valcové bunky
Aplikácie lepšie vhodné pre prizmatické bunky
- Elektrické batérie batérií
- Veľké systémy na uchovávanie energie
- Aplikácie vyžadujúce vysokú hustotu energie
Prizmatické bunky sú pre tieto aplikácie dobre vhodné, pretože ich tvar a konštrukcia umožňujú efektívne vysokokapacitné batérie. Obdĺžnikové hranolové stohovanie a balíky lepšie ako valcovité bunky.
Prizmatické bunky majú tiež výhody, ako je lepšia schopnosť tepelnej liečby a štrukturálna rigidita, aby sa zabránilo opuchu.
Aplikácie lepšie vhodné pre valcové bunky
- Spotrebiteľská elektronika
- Elektrické náradie
- Aplikácie vyžadujúce bunky s nižšími nákladmi
Valcovité bunky pre tieto aplikácie dobre fungujú, pretože sú lacné pri výrobe pri vysokých objemoch. Valcový tvar tiež poskytuje dobrú hustotu energie a schopnosť rýchleho nabíjania, čo je dôležité pre zariadenia, ako sú elektrické náradie. Ich menší formálny faktor sa dobre hodí do ručnej elektroniky.
Posledné trendy a budúci výhľad
- Posun smerom k prizmatickým bunkám pre batérie elektrických vozidiel a veľké systémy na skladovanie energie. Výrobcovia čoraz viac prijímajú prizmatické bunky pre výhody balenia a výkonnosti.
- Valcovité bunky stále uprednostňujú mnohé spotrebné elektroniky a nástroje kvôli ich nižším nákladom. Niektoré prémiové zariadenia sa však posúvajú aj na prizmatické bunky.
- Ak sa výrobné náklady na prizmatické bunky naďalej znižujú, v budúcnosti by mohli mať väčší podiel na trhu vo všetkých aplikáciách. Valcovité bunky si však pravdepodobne udržiavajú dominanciu v cenových aplikáciách.
Výhody a nevýhody prizmatických vs. valcovitých batériových buniek
| Hranolový | Valcový | |
| Pros | Vysokohorská hustota energie Život dlhého cyklu | Vysoká gravimetrická hustota energie Hustota Nízke výrobné náklady |
| Nevýhody | Mierne nižšia hustota energie Vyššie náklady $/kWh | Nižšia objemová hustota energie Kratší cyklus život |
Pri výbere medzi prizmatickými a valcovými lítium-iónovými bunkami existujú kompromisy, ktoré je potrebné zvážiť na základe požiadaviek na aplikáciu. Prizmatické bunky poskytujú vynikajúcu hustotu energie vďaka ich tvaru a tuhému puzdru, vďaka čomu sú ideálne pre batérie, ktoré potrebujú maximalizovať kapacitu. Valcovité bunky však dodávajú vyššiu maximálnu energiu a nižšie náklady na úkor problémov s hustotou a opuchom na úrovni balenia.
V prípade spotrebiteľských zariadení s nízkym výkonom, kde sú kritické náklady, zostávajú valcové bunky dominantnou voľbou. Aplikácie požadujúce najvyššiu energetickú hustotu, ako sú EV, sa však napriek svojim vyšším nákladom presúvajú na prizmatické formáty. Vďaka pokračujúcemu zlepšovaniu výroby a hustoty sa prizmatické bunky v budúcnosti pravdepodobne dostanú do širšej príťažlivosti vo viacerých aplikáciách. Ale ľahká výroba znamená, že tu sú tu aj valcové bunky, najmä pri nákladovo citlivom na použitie.
Dôkladným zvážením týchto výhod a nevýhod si inžinieri batérií môžu zvoliť optimálny typ bunky, aby splnil ich výkon, životnosť a požiadavky na náklady.
Súvisiace články:
