Điểm mấu chốt:
- Tế bào hình trụ so với hình trụ: Các tế bào lăng kính cung cấp mật độ năng lượng thể tích cao hơn và phù hợp cho các bộ pin lớn, trong khi các tế bào hình trụ cung cấp mật độ năng lượng trọng lượng cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn.
- Các trường hợp sử dụng lý tưởng: Các tế bào lăng kính xuất sắc trong các bộ pin xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng lớn, trong khi các tế bào hình trụ được ưa thích cho các thiết bị điện tử và công cụ điện của người tiêu dùng.
- Xu hướng và triển vọng: Sự thay đổi đối với các tế bào lăng kính cho EV và hệ thống lưu trữ năng lượng là rõ ràng, nhưng các tế bào hình trụ vẫn chiếm ưu thế trong các ứng dụng nhạy cảm với chi phí.
Prismatic và hình trụ là hai phổ biến nhất pin lithium-ion Hình dạng tế bào được sử dụng ngày nay. Mặc dù cả hai đều có những ưu điểm và nhược điểm khác biệt đối với các ứng dụng khác nhau, các tế bào lăng kính đang trở nên phổ biến cho khả năng đóng gói hiệu quả và sự phù hợp của chúng đối với Gói pin. Bài viết này so sánh các tế bào hình trụ Vs và hình trụ theo chiều sâu, phân tích sự khác biệt chính về kích thước, hiệu suất, chi phí và các trường hợp sử dụng lý tưởng.
Các tế bào pin lăng trụ là gì?
Định nghĩa và mô tả các tế bào hình lăng trụ
Các tế bào pin lăng kính, như tên cho thấy, có hình dạng lăng trụ – Chúng có một yếu tố hình thức hình chữ nhật, giống như hộp. Thuật ngữ “hoa hình lăng trụ” Đề cập đến một hình dạng lăng kính hình học.
Các tế bào hình lăng trụ tối đa hóa các diện tích bề mặt phẳng của các lớp cực dương, cực âm và phân tách, cho phép chúng được xếp chồng lên nhau một cách hiệu quả.
Các tế bào hình lăng trụ được xây dựng như thế nào
Các tế bào hình lăng trụ được xây dựng bằng cách xếp các lớp xen kẽ của cực âm, cực dương và vật liệu phân tách, sau đó đóng gói chúng trong một nhôm hoặc thép hình chữ nhật. Các lớp điện cực được kết nối thông qua các tab, cho phép dòng điện chảy.
Nó cũng chứa chất điện phân cho vận chuyển ion. Vỏ cứng giúp duy trì hình dạng tế bào và cung cấp tính toàn vẹn cấu trúc.
Kích thước và hóa chất hình lăng trụ phổ biến
Kích thước pin lithium-ion hình lăng trụ phổ biến bao gồm 103450 (103mm x 45mm), 14650 (146mm x 50mm) và các định dạng lớn hơn như 22700 và 32113. Không giống như tế bào hình trụ 18650, các kích thước này đặc biệt cho các hình dạng lăng kính.
Các tế bào lăng kính thường được kết hợp với nhau trong các mô -đun và được đóng gói hiệu quả để tạo thành các bộ pin lớn cho xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và các ứng dụng khác đòi hỏi công suất cao.
Lithium Iron Phosphate (LifePO4) và Niken Mangan Cobalt Oxide (NMC) là hai hóa chất catốt phổ biến được sử dụng trong các tế bào lăng kính. Định dạng hình lăng trụ cho phép linh hoạt trong công thức catốt và kích thước ô để tối ưu hóa hiệu suất.
Các tế bào pin hình trụ là gì?
Định nghĩa và mô tả các tế bào hình trụ
Các tế bào pin hình trụ, như tên gọi, có hình dạng xi lanh dài giống như một ống hoặc có thể. Các tấm điện cực dương và âm được cuộn hoặc bị thương thành một “thạch cuộn” và được đặt bên trong một lon kim loại hình trụ, thường được làm bằng thép hoặc nhôm. Điều này tạo ra một ngăn xếp xoắn ốc xen kẽ của cực âm, cực dương và vật liệu phân tách trong ô.
Thiết kế hình trụ tối đa hóa diện tích của các tấm điện cực có thể vừa với không gian hạn chế. Đối xứng xuyên tâm cũng giúp phân phối đều căng thẳng và lực bên trong. Các tế bào hình trụ có đường kính và chiều cao khác nhau để phù hợp với khả năng khác nhau.
Cách các tế bào hình trụ được xây dựng
Tế bào hình trụ chế tạo Bắt đầu với lớp phủ các tấm cực âm và cực dương trên lá kim loại mỏng, thường là đồng cho cực dương và nhôm cho cực âm. Các tấm phủ này sau đó được vết thương chặt với màng phân tách để tạo ra cụm điện cực cuộn. Thỉnh thoảng, các tấm điện cực được xếp chồng lên nhau và gấp lại chứ không phải vết thương.
Cuộn thạch được chèn vào thép hình trụ hoặc nhôm, đóng vai trò là trường hợp bên ngoài. Một nắp và miếng đệm niêm phong lon. Cuối cùng, chất điện phân được tiêm vào tế bào để cho phép dòng ion giữa cực dương và cực âm. Các hình trụ có thể cung cấp cấu trúc và bảo vệ các điện cực.
Các máy cuộn tự động đảm bảo độ kín và căn chỉnh nhất quán của các cuộn thạch trong quá trình sản xuất khối lượng lớn. Cuộn dây chính xác là rất quan trọng để giảm thiểu điện trở và tối đa hóa hiệu suất.
Kích thước và hóa chất tế bào hình trụ phổ biến
Một số kích thước pin lithium-ion hình trụ được sử dụng rộng rãi nhất là 18650, 26650, 21700 và 20700 tế bào. Kích thước 18650 thường được sử dụng trong pin máy tính xách tay, dụng cụ điện và các thiết bị tiêu dùng khác. Các định dạng lớn hơn như 21700 và 26650 đang ngày càng phổ biến đối với xe đạp điện, xe tay ga và EV.
Các tế bào hình trụ có truyền thống sử dụng oxit lithium coban (LICOO2) và oxit mangan lithium (LIMN2O4) làm vật liệu catốt. Giờ đây, các hóa chất giàu niken như oxit nhôm cobalt niken (NCA) và oxit cobalt mangan niken (NMC) cũng phổ biến trong các tế bào hình trụ hiệu suất cao.
Sự khác biệt chính giữa các tế bào hình trụ và hình trụ
Kích thước và hình dạng
- Các tế bào lăng kính thường có kích thước lớn hơn. Kích thước hình lăng trụ phổ biến nằm trong khoảng từ 103450 (103 x 45 mm) lên đến 530450 (530 x 450 mm) hoặc lớn hơn.
- Kích thước tế bào hình trụ phổ biến bao gồm 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) và 21700 (21 x 70 mm). Các tế bào hình trụ tối đa khoảng 46 x 150 mm.
- Các tế bào lăng kính có mật độ năng lượng thể tích khoảng 600-700 WH/L so với 500-600 WH/L đối với các tế bào hình trụ.
Mật độ năng lượng và năng lượng
- Các tế bào hình trụ đạt được mật độ năng lượng trọng lượng cao hơn là 260 WH/kg so với khoảng 200 wh/kg đối với các tế bào lăng kính.
- Mật độ năng lượng cho các tế bào hình trụ chất lượng đạt tới 1500 W/kg so với 1000-1200 w/kg đối với hình lăng trụ.
Sản xuất và chi phí
- Máy cuộn dây tế bào hình trụ có thể tạo ra hơn 300.000 tế bào mỗi ngày với chi phí lao động thấp hơn.
- Chế tạo tế bào hình lăng trụ quy mô lớn có các bước xếp chồng, cấp bách và hàn phức tạp hơn. Sản lượng là khoảng 50.000 tế bào mỗi ngày.
- Do đó, các tế bào hình trụ hiện có chi phí thấp hơn 15-20% cho mỗi kWh so với các tế bào hình lăng trụ.
Hiệu suất và tuổi thọ
- Các tế bào lăng kính thường kéo dài hơn 5.000 chu kỳ sạc/xả trước khi giảm 20%.
- Các tế bào hình trụ thường đạt được 2.000-3.000 chu kỳ trước khi suy thoái 20% do sưng cao hơn.
- Các tế bào hình lăng trụ có điện trở cao hơn 5-10%, làm giảm một chút khả năng năng lượng.
Dưới đây là phần khi nào nên sử dụng các tế bào hình trụ Vs và hình trụ:
Khi nào nên sử dụng các tế bào hình trụ so với hình trụ
Các ứng dụng phù hợp hơn cho các tế bào lăng kính
- Gói pin xe điện
- Hệ thống lưu trữ năng lượng lớn
- Các ứng dụng yêu cầu mật độ năng lượng cao
Các tế bào lăng kính rất phù hợp cho các ứng dụng này vì hình dạng và cấu trúc của chúng cho phép các bộ pin có dung lượng cao hiệu quả. Các hình chữ nhật hình chữ nhật hình thành ngăn xếp và gói tốt hơn các tế bào hình trụ.
Các tế bào lăng kính cũng có những ưu điểm như khả năng quản lý nhiệt tốt hơn và độ cứng cấu trúc để ngăn ngừa sưng.
Các ứng dụng phù hợp hơn cho các tế bào hình trụ
- Điện tử tiêu dùng
- Dụng cụ điện
- Các ứng dụng yêu cầu các tế bào chi phí thấp hơn
Các tế bào hình trụ hoạt động tốt cho các ứng dụng này vì chúng không tốn kém để sản xuất ở khối lượng lớn. Hình dạng hình trụ cũng cung cấp mật độ năng lượng tốt và khả năng sạc nhanh, rất quan trọng đối với các thiết bị như các công cụ điện. Yếu tố hình thức nhỏ hơn của họ rất phù hợp trong thiết bị điện tử cầm tay.
Xu hướng gần đây và triển vọng trong tương lai
- Chuyển sang các tế bào hình lăng trụ cho các bộ pin xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng lớn. Các nhà sản xuất đang ngày càng áp dụng các tế bào hình lăng trụ cho các lợi thế đóng gói và hiệu suất.
- Các tế bào hình trụ vẫn ưa thích cho nhiều thiết bị điện tử và công cụ tiêu dùng do chi phí thấp hơn. Nhưng một số thiết bị cao cấp cũng đang chuyển sang các tế bào hình lăng trụ.
- Nếu chi phí sản xuất của các tế bào hình lăng trụ tiếp tục giảm, họ có thể chiếm nhiều thị phần hơn trên tất cả các ứng dụng trong tương lai. Nhưng các tế bào hình trụ có thể sẽ duy trì sự thống trị trong các ứng dụng nhạy cảm với chi phí.
Những ưu và nhược điểm của pin hình trụ so với hình trụ
| lăng trụ | Hình trụ | |
| Ưu điểm | Mật độ năng lượng thể tích cao Cuộc sống dài | Mật độ năng lượng trọng lực cao Mật độ công suất cao Chi phí sản xuất thấp |
| Nhược điểm | Mật độ công suất thấp hơn một chút Chi phí $/kWh cao hơn | Mật độ năng lượng thể tích thấp hơn Cuộc sống ngắn hơn |
Khi chọn giữa các tế bào lithium-ion hình trụ và hình trụ, có những sự đánh đổi để xem xét dựa trên các yêu cầu ứng dụng. Các tế bào lăng kính cung cấp mật độ năng lượng tuyệt vời nhờ hình dạng và vỏ cứng của chúng, làm cho chúng lý tưởng cho các bộ pin cần tối đa hóa công suất. Tuy nhiên, các tế bào hình trụ cung cấp công suất cực đại cao hơn và chi phí thấp hơn, với chi phí của các vấn đề mật độ cấp độ gói và sưng.
Đối với các thiết bị tiêu dùng năng lượng thấp nơi chi phí rất quan trọng, các tế bào hình trụ vẫn là lựa chọn chi phối. Nhưng các ứng dụng yêu cầu mật độ năng lượng cao nhất như EV đang chuyển sang các định dạng lăng kính mặc dù chi phí cao hơn. Với những cải tiến liên tục trong sản xuất và mật độ, các tế bào hình lăng trụ có thể sẽ đạt được sự hấp dẫn rộng hơn trên nhiều ứng dụng hơn trong tương lai. Nhưng dễ sản xuất có nghĩa là các tế bào hình trụ cũng ở đây, đặc biệt là đối với việc sử dụng nhạy cảm với chi phí.
Bằng cách cân nhắc cẩn thận các ưu và nhược điểm này, các kỹ sư pin có thể chọn loại ô tối ưu để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất, tuổi thọ và chi phí của họ.
Những bài viết liên quan:
