Viktiga takeaways:
- Prismatiska vs. cylindriska celler: Prismatiska celler erbjuder högre volymetrisk energitäthet och är lämpliga för stora batteripaket, medan cylindriska celler ger högre gravimetrisk energitäthet och lägre tillverkningskostnader.
- Idealiska användningsfall: Prismatiska celler utmärker sig i batteripaket för elfordon och stora energilagringssystem, medan cylindriska celler är att föredra för hemelektronik och elverktyg.
- Trender och framtidsutsikter: Förändringen mot prismatiska celler för elbilar och energilagringssystem är uppenbar, men cylindriska celler förblir dominerande i kostnadskänsliga applikationer.
Prismatisk och cylindrisk är de två vanligaste litium jon batteri cellformer som används idag. Medan båda har distinkta fördelar och nackdelar för olika applikationer, vinner prismatiska celler popularitet för sin effektiva packningsförmåga och lämplighet för stora batteripaket. Den här artikeln jämför prismatiska vs cylindriska celler på djupet och analyserar de viktigaste skillnaderna i storlek, prestanda, kostnad och idealiska användningsfall.
Vad är prismatiska battericeller?
Definition och beskrivning av prismatiska celler
Prismatiska battericeller är, som namnet antyder, prismatiska till formen – de har en rektangulär, lådliknande formfaktor. Termen “prismatisk” hänvisar till en geometrisk prismaform.
Prismatiska celler maximerar de plana ytareorna på anod-, katod- och separatorskikten, vilket gör att de kan staplas effektivt.
Hur prismatiska celler är uppbyggda
Prismatiska celler är konstruerade genom att stapla alternerande lager av katod-, anod- och separatormaterial och sedan omsluta dem i en rektangulär aluminium- eller stålburk. Elektrodskikten är anslutna via flikar, vilket gör att ström kan flyta.
Den innehåller även elektrolyt för jontransport. Det hårda höljet hjälper till att bibehålla cellens form och ger strukturell integritet.
Vanliga prismatiska cellstorlekar och kemi
Vanliga prismatiska litiumjonbatteristorlekar inkluderar 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm) och större format som 22700 och 32113. Till skillnad från den cylindriska 18650-cellen är dessa storlekar specifikt för prismatiska geometrier.
Prismatiska celler buntas ofta ihop i moduler och packas effektivt för att bilda stora batteripaket för elfordon, energilagringssystem och andra applikationer som kräver hög kapacitet.
Litiumjärnfosfat (LiFePO4) och nickelmangankoboltoxid (NMC) är två populära katodkemi som används i prismatiska celler. Det prismatiska formatet tillåter flexibilitet i katodformuleringen och celldimensionerna för att optimera prestandan.
Vad är cylindriska battericeller?
Definition och beskrivning av cylindriska celler
Cylindriska battericeller, som namnet antyder, har en lång cylinderform som liknar ett rör eller en burk. De positiva och negativa elektrodskivorna rullas eller lindas upp till en “Gelérulle” och placeras inuti en cylindrisk metallburk, vanligtvis gjord av stål eller aluminium. Detta skapar en alternerande spiralstapel av katod-, anod- och separatormaterial inuti cellen.
Den cylindriska designen maximerar den yta av elektrodskivorna som kan passa inom det begränsade utrymmet. Den radiella symmetrin hjälper också till att jämnt fördela spänningar och inre krafter. Cylindriska celler finns i olika diametrar och höjder för att rymma olika kapaciteter.
Hur cylindriska celler är uppbyggda
Cylindrisk cell tillverkning börjar med att belägga katod- och anodplåtar på tunna metallfolier, vanligtvis koppar för anod och aluminium för katod. Dessa belagda ark lindas sedan tätt med ett separatormembran för att skapa en gelérullelektrodenhet. Ibland staplas och viks elektrodskivorna istället för att lindas.
Gelérullen sätts in i den cylindriska stål- eller aluminiumburken, som fungerar som det yttre höljet. Ett lock och en packning förseglar burken. Slutligen sprutas elektrolyt in i cellen för att möjliggöra jonflöde mellan anoden och katoden. Den cylindriska burken ger struktur och skyddar elektroderna.
Automatiserade lindningsmaskiner säkerställer konsekvent täthet och inriktning av gelérullarna under högvolymproduktion. Exakt lindning är avgörande för att minimera elektriskt motstånd och maximera prestanda.
Vanliga cylindriska cellstorlekar och kemi
Några av de mest använda cylindriska litiumjonbatteristorlekarna är 18650, 26650, 21700 och 20700 celler. Storleken 18650 används ofta i batterier för bärbara datorer, elverktyg och andra konsumentenheter. Större format som 21700 och 26650 växer i popularitet för e-cyklar, skotrar och elbilar.
Cylindriska celler har traditionellt använt litiumkoboltoxid (LiCoO2) och litiummanganoxid (LiMn2O4) som katodmaterial. Nu är nickelrika kemier som nickelkoboltaluminiumoxid (NCA) och nickelmangankoboltoxid (NMC) också vanliga i högpresterande cylindriska celler.
Nyckelskillnader mellan prismatiska och cylindriska celler
Storlek och form
- Prismatiska celler är vanligtvis större i storlek. Vanliga prismatiska storlekar sträcker sig från 103450 (103 x 45 mm) upp till 530450 (530 x 450 mm) eller större.
- Vanliga cylindriska cellstorlekar inkluderar 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) och 21700 (21 x 70 mm). Cylindriska celler är max 46 x 150 mm.
- Prismatiska celler har volymetrisk energitäthet runt 600-700 Wh/L jämfört med 500-600 Wh/L för cylindriska celler.
Kraft och energitäthet
- Cylindriska celler uppnår högre gravimetrisk energitäthet på 260 Wh/kg jämfört med cirka 200 Wh/kg för prismatiska celler.
- Effekttätheten för cylindriska celler av hög kvalitet når upp till 1500 W/kg mot 1000-1200 W/kg för prismatiska.
Tillverkning och kostnader
- Cylindriska celllindningsmaskiner kan producera över 300 000 celler per dag med lägre arbetskostnader.
- Storskalig prismatisk celltillverkning har mer komplexa staplings-, pressnings- och svetssteg. Produktionen är cirka 50 000 celler per dag.
- Som ett resultat har cylindriska celler för närvarande en 15-20% lägre kostnad per kWh jämfört med prismatiska celler.
Prestanda och livslängd
- Prismatiska celler varar ofta över 5 000 laddnings-/urladdningscykler innan de försämras 20 %.
- Cylindriska celler uppnår vanligtvis 2 000-3 000 cykler före 20 % nedbrytning på grund av högre svullnad.
- Prismatiska celler har 5-10% högre motstånd vilket sänker kraftförmågan något.
Här är avsnittet om när man ska använda prismatiska vs cylindriska celler:
När ska man använda prismatiska vs. cylindriska celler
Tillämpningar bättre lämpade för prismatiska celler
- Batteripaket för elfordon
- Stora energilagringssystem
- Tillämpningar som kräver hög energitäthet
Prismatiska celler är väl lämpade för dessa applikationer eftersom deras form och konstruktion möjliggör effektiva batteripaket med hög kapacitet. Den rektangulära prismaformen staplas och packas bättre än cylindriska celler.
Prismatiska celler har också fördelar som bättre termisk hanteringsförmåga och strukturell styvhet för att förhindra svullnad.
Tillämpningar bättre lämpade för cylindriska celler
- Hemelektronik
- Elverktyg
- Applikationer som kräver lägre kostnadsceller
Cylindriska celler fungerar bra för dessa applikationer eftersom de är billiga att tillverka i stora volymer. Den cylindriska formen ger också bra effekttäthet och snabbladdningsförmåga, vilket är viktigt för enheter som elverktyg. Deras mindre formfaktor passar bra i handhållen elektronik.
Senaste trender och framtidsutsikter
- Växla mot prismatiska celler för batteripaket för elfordon och stora energilagringssystem. Tillverkare antar alltmer prismatiska celler för förpacknings- och prestandafördelarna.
- Cylindriska celler föredras fortfarande för många hemelektronik och verktyg på grund av deras lägre kostnad. Men vissa premiumenheter går också över till prismatiska celler.
- Om tillverkningskostnaderna för prismatiska celler fortsätter att minska kan de ta fler marknadsandelar för alla applikationer i framtiden. Men cylindriska celler kommer sannolikt att behålla dominans i kostnadskänsliga applikationer.
För- och nackdelar med prismatiska vs. cylindriska battericeller
| Prismatisk | Cylindrisk | |
| Fördelar | Hög volymetrisk energitäthet Lång cykellivslängd | Hög gravimetrisk energitäthet Hög effekttäthet Låga tillverkningskostnader |
| Nackdelar | Något lägre effekttäthet Högre $/kWh kostnad | Lägre volymetrisk energitäthet Kortare livslängd |
När man väljer mellan prismatiska och cylindriska litiumjonceller finns det avvägningar att överväga baserat på applikationskraven. Prismatiska celler ger utmärkt energitäthet tack vare sin form och styva hölje, vilket gör dem idealiska för batteripaket som behöver maximera kapaciteten. Cylindriska celler levererar dock högre toppeffekt och lägre kostnad, på bekostnad av täthets- och svällningsproblem.
För konsumentenheter med låg effekt där kostnaden är kritisk är cylindriska celler fortfarande det dominerande valet. Men applikationer som kräver de högsta energitätheterna som elbilar går över till prismatiska format trots sina högre kostnader. Med ständiga förbättringar av tillverkning och täthet kommer prismatiska celler sannolikt att få en bredare dragningskraft över fler applikationer i framtiden. Men enkel produktion betyder att cylindriska celler också är här för att stanna, särskilt för kostnadskänsliga användningar.
Genom att noggrant väga dessa för- och nackdelar kan batteriingenjörer välja den optimala celltypen för att möta deras prestanda, livslängd och kostnadskrav.
Relaterade artiklar:
