Ključni zaključki:
- Prizmatične in cilindrične celice: Prizmatične celice ponujajo večjo volumetrično gostoto energije in so primerne za velike baterijske pakete, valjaste celice pa zagotavljajo višjo gravimetrično gostoto energije in nižje proizvodne stroške.
- Primeri idealne uporabe: Prizmatične celice se odlično odrežejo v baterijskih embalaži in sistemih za shranjevanje velikih energije, cilindrične celice pa za potrošniško elektroniko in električna orodja.
- Trendi in obeti: Premik proti prizmatičnim celicam za EV in sisteme za shranjevanje energije je očiten, vendar valjaste celice ostajajo prevladujoče pri stroškovno občutljivih aplikacijah.
Prizmatična in valjasta sta dva najpogostejša litij-ionska baterija Oblike celic, ki se uporabljajo danes. Medtem ko imata oba različne prednosti in slabosti za različne aplikacije, prizmatične celice pridobivajo priljubljenost za učinkovito sposobnost pakiranja in primernost za velike baterijski paketi. Ta članek v globini primerja prizmatične in cilindrične celice in analizira ključne razlike v velikosti, zmogljivosti, stroških in primerih idealne uporabe.
Kaj so prizmatične baterijske celice?
Opredelitev in opis prizmatičnih celic
Prizmatične baterijske celice, kot že ime pove, so prizmatične oblike – Imajo pravokoten faktor oblike. Izraz “Prizmatična” se nanaša na geometrijsko obliko prizme.
Prizmatične celice maksimirajo ravne površine plasti anode, katode in ločevalcev, kar omogoča učinkovito zlaganje.
Kako so konstruirane prizmatične celice
Prizmatične celice so zgrajene z zlaganjem izmeničnih plasti katode, anode in separatornega materiala, nato pa jih zajemajo v pravokotni aluminijasti ali jekleni pločevinki. Elektrodne plasti so povezane z zavihki, kar omogoča, da tok pretaka.
Vsebuje tudi elektrolit za ionski transport. Trdo ohišje pomaga ohranjati obliko celice in zagotavlja strukturno celovitost.
Skupne velikosti prizmatičnih celic in kemij
Skupne velikosti prizmatičnih litij-ionskih baterij vključujejo 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm) in večje formate, kot sta 22700 in 32113. Za razliko od cilindrične celice 18650 so te velikosti posebej za prizmatične geometrije.
Prizmatične celice se pogosto združujejo v module in učinkovito pakirajo, da tvorijo velike baterije za električna vozila, sisteme za shranjevanje energije in druge aplikacije, ki zahtevajo veliko zmogljivost.
Litijev železov fosfat (LifePO4) in nikelj manganov kobalt oksid (NMC) sta dve priljubljeni katodni kemiki, ki se uporabljata v prizmatičnih celicah. Prizmatični format omogoča prožnost v katodni formulaciji in dimenzijah celic za optimizacijo zmogljivosti.
Kaj so cilindrične baterijske celice?
Opredelitev in opis valjastih celic
Cilindrične baterijske celice, kot že ime pove, imajo dolgo obliko valja, ki spominja na cev ali pločevinko. Pozitivni in negativni listi elektrode so valjani ali zaviti v “Jelly Roll” in nameščena znotraj valjaste kovinske pločevinke, običajno iz jekla ali aluminija. To ustvarja izmenično spiralno kopico katode, anode in separatornega materiala znotraj celice.
Cilindrična zasnova maksimira območje listov elektrod, ki se lahko prilegajo v zaprti prostor. Radialna simetrija pomaga tudi enakomerno porazdeliti stres in notranje sile. Cilindrične celice so v različnih premerih in višini, da se sprejmejo različne zmogljivosti.
Kako so konstruirane valjaste celice
Cilindrična celica proizvodnja Začne se s prevleko katode in anodnih listov na tankih kovinskih folijah, običajno baker za anodo in aluminij za katodo. Ti prevlečeni listi se nato tesno nagajejo z ločevalno membrano, da ustvarijo sklop elektrode Jelly Roll. Občasno so listi elektrode zloženi in zloženi in ne rani.
Zvit zvit je vstavljen v cilindrično jeklo ali aluminijasto pločevinko, ki služi kot zunanji primer. Pokrovček in tesnilo tesnila pločevinke. Končno se v celico vbrizga elektrolit, da se omogoči ionski pretok med anodo in katodo. Cilindrična lahko omogoča strukturo in ščiti elektrode.
Avtomatizirani stroji za vijuganje zagotavljajo dosledno tesnost in poravnavo želejev zvitkov med proizvodnjo velikega obsega. Natančno navijanje je ključnega pomena za zmanjšanje električne odpornosti in povečanje zmogljivosti.
Skupne velikosti valjaste celice in kemije
Nekatere najbolj razširjene cilindrične litij-ionske velikosti so 18650, 26650, 21700 in 20700 celic. Velikost 18650 se običajno uporablja v prenosnih baterijah, električnem orodju in drugih potrošniških napravah. Večji formati, kot sta 21700 in 26650, vse bolj priljubljejo za e-kolesa, skuterje in EV.
Cilindrične celice tradicionalno uporabljajo litijev kobaltov oksid (LICOO2) in litijevega manganovega oksida (LIMN2O4) kot katodne materiale. Zdaj so kemije, bogate z niklje, kot sta nikelj kobalt aluminijev oksid (NCA) in nikelj manganov kobaltni oksid (NMC), pogoste tudi v visokozmogljivih cilindričnih celicah.
Ključne razlike med prizmatičnimi in valjastimi celicami
Velikost in oblika
- Prizmatične celice so običajno večje. Običajne prizmatične velikosti segajo od 103450 (103 x 45 mm) do 530450 (530 x 450 mm) ali več.
- Skupne velikosti valjastih celic vključujejo 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) in 21700 (21 x 70 mm). Cilindrične celice največ 46 x 150 mm.
- Prizmatične celice imajo volumetrično energijsko gostoto okoli 600-700 WH/L v primerjavi s 500-600 WH/L za valjaste celice.
Gostota moči in energije
- Cilindrične celice dosegajo večjo gravimetrično gostoto energije 260 WH/kg v primerjavi z približno 200 WH/kg za prizmatične celice.
- Gostota moči za kakovostne valjaste celice doseže do 1500 w/kg v primerjavi z 1000-1200 w/kg za prizmatično.
Proizvodnja in stroški
- Stroji za navijanje valjaste celice lahko proizvedejo več kot 300.000 celic na dan z nižjimi stroški dela.
- Obsežna prizmatična izdelava celic ima bolj zapletene korake zlaganja, stiskanja in varjenja. Izhod je približno 50.000 celic na dan.
- Kot rezultat, imajo cilindrične celice trenutno 15-20% nižje stroške na kWh v primerjavi s prizmatičnimi celicami.
Uspešnost in življenjska doba
- Prizmatične celice pogosto trajajo več kot 5000 ciklov naboja/praznjenja, preden se razgradijo za 20%.
- Cilindrične celice običajno dosežejo 2.000-3000 ciklov pred 20% razgradnjo zaradi večje otekline.
- Prizmatične celice imajo 5-10% večjo odpornost, kar nekoliko zmanjša sposobnost moči.
Tu je razdelek o tem, kdaj uporabljati prizmatične in cilindrične celice:
Kdaj uporabljati prizmatične in cilindrične celice
Aplikacije, ki so bolj primerne za prizmatične celice
- Električna vozila za baterije
- Veliki sistemi za shranjevanje energije
- Aplikacije, ki zahtevajo visoko gostoto energije
Prizmatične celice so za te aplikacije dobro primerne, ker njihova oblika in konstrukcija omogočajo učinkovite baterije z visoko zmogljivostjo. Pravokotna prizma se zloži in pakira bolje kot valjaste celice.
Prizmatične celice imajo tudi prednosti, kot so boljša sposobnost upravljanja s toploto in strukturna togost, da se prepreči otekanje.
Aplikacije, bolj primerne za valjaste celice
- Potrošniška elektronika
- Električna orodja
- Aplikacije, ki zahtevajo celice z nižjimi stroški
Cilindrične celice dobro delujejo za te aplikacije, ker so poceni za proizvodnjo pri velikih količinah. Cilindrična oblika zagotavlja tudi dobro gostoto moči in hitro polnjenje, kar je pomembno za naprave, kot so električna orodja. Njihov manjši faktor se dobro prilega v ročno elektroniko.
Nedavni trendi in prihodnji obeti
- Premaknite se proti prizmatičnim celicam za električne baterije in velike sisteme za shranjevanje energije. Proizvajalci vse pogosteje sprejemajo prizmatične celice za prednosti embalaže in učinkovitosti.
- Cilindrične celice so zaradi nižjih stroškov še vedno raje za številne potrošniške elektronike in orodja. Toda nekatere premium naprave se premikajo tudi na prizmatične celice.
- Če se proizvodni stroški prizmatičnih celic še naprej zmanjšujejo, bi lahko v prihodnosti prevzeli več tržnega deleža v vseh aplikacijah. Toda valjaste celice bodo verjetno ohranile prevlado v stroškovno občutljivih aplikacijah.
Prednosti in slabosti prizmatičnih in cilindričnih baterijskih celic
| Prizmatični | Cilindrična | |
| Pros | Visoka volumetrična gostota energije Življenje dolgega cikla | Visoka gravimetrična gostota energije Velika gostota moči Nizki stroški izdelave |
| Slabosti | Nekoliko nižja gostota moči Višji stroški $/kWh | Nižja volumetrična gostota energije Krajše življenjsko dobo |
Pri izbiri med prizmatičnimi in cilindričnimi litij-ionskimi celicami je treba upoštevati kompromise na podlagi zahtev glede uporabe. Prizmatične celice zagotavljajo odlično gostoto energije zahvaljujoč svoji obliki in togemu ohišju, zaradi česar so idealne za baterije, ki morajo povečati zmogljivost. Vendar cilindrične celice zagotavljajo večjo največjo moč in nižje stroške na račun gostote na ravni pakiranja in težav z otekanjem.
Za potrošniške naprave z nizko močjo, kjer so stroški kritični, cilindrične celice ostajajo prevladujoča izbira. Toda aplikacije, ki zahtevajo najvišjo energijsko gostoto, kot so EV -ji, se kljub višjim stroškom preusmerijo na prizmatične formate. Z nenehnimi izboljšavami proizvodnje in gostote bodo prizmatične celice v prihodnosti verjetno pridobile širšo privlačnost v več aplikacijah. Toda enostavnost proizvodnje pomeni, da so cilindrične celice tudi tu, da ostanejo, zlasti za stroškovno občutljive uporabe.
S skrbnim tehtanjem teh prednosti in slabosti lahko baterijski inženirji izberejo optimalno vrsto celice, da ustrezajo njihovim zmogljivosti, življenjskim in stroškovnim zahtevam.
Sorodni članki:
