كل من الخلايا المنشورية والخلايا الأسطوانية هي نوع من بطارية أيون الليثيوم.
الخلايا المنشورية مغلفة بالألومنيوم أو الصلب الصلب, والبنية الداخلية هي عملية متعرج أو تصفيح. كنموذج بطارية أيون ليثيوم أيون السائد, الخلايا المنشورية مرنة نسبيا في الحجم ولها قدرة أكبر.
الخلايا الأسطوانية هي أول بطاريات ليثيوم أيون لتحقيق إنتاج واسع النطاق. وهي مصنوعة عن طريق لفه القطب الإيجابي, القطب السلبي والفاصل في شكل أسطوان.
فيما يتعلق بالاختلافات بين الخلايا المنشورية والخلايا الأسطوانية, دعونا نلقي نظرة مفصلة عليها من خلال مقارنات مختلفة.
المنشورية مقابل الخلايا الأسطوانية
المظهر والحجم
الفرق الأكثر وضوحًا بين الخلايا المنشورية والأسطوبية هو الشكل.
الخلايا المنشورية مربعة في الشكل وتختلف في الحجم. هناك عدد قليل من الأحجام العالمية للخلايا المنشورية, وكل شركة مصنعة لديها تصميم منتج خاص بها. الخلايا المنشورية كبيرة نسبيًا ولها قدرة أعلى, جعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية الطاقة. للحصول على حزمة بطارية من نفس الجهد والسعة, البطارية المنشورية تتطلب خلايا أقل بكثير من الخلايا الأسطوانية.
الخلايا الأسطوانية أسطواني في الشكل, بأحجام مشتركة مثل 18650, 21700, و 4680. عادة ما تكون الخلايا الأسطوانية صغيرة الحجم ومناسبة للتطبيقات ذات متطلبات الطاقة المنخفضة. نتيجة ل, قدرتها منخفضة, ويجب توصيل الخلايا الأسطوانية المتعددة بالتوازي لزيادة السعة.
عملية التصنيع
عملية تصنيع الخلايا المنشورية
1. تصنيع شل: عادة ما تكون قشرة الخلايا المنشورية مصنوعة من المعدن, مثل سبيكة الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ. تتضمن عملية التصنيع ختم, التمدد والعمليات الأخرى. تتطلب عملية الختم دقة العفن العالية للغاية لضمان اتساق الحجم والتسوية السطحية للقشرة. تشكل عملية التمدد عمق وشكل القشرة.
2. تجميع خلايا البطارية: بعد تكديس الأقطاب الإيجابية والسلبية والحجاب الحاجز أو الجرح في خلايا البطارية بالتسلسل, يتم وضعها بعناية في القشرة المكونة. يمكن أن تحسن عملية التراص من كثافة الطاقة وشحن وتفريغ أداء خلايا البطارية لأنه يمكن أن يقلل من المقاومة والإجهاد الميكانيكي داخل خلايا البطارية. عملية المتعرجة أكثر ملاءمة نسبيًا للإنتاج على نطاق واسع ولديها كفاءة إنتاج أعلى. بعد اكتمال تجميع خلايا البطارية, تم حقن المنحل بالكهرباء.
3. الختم واللحام: لضمان ختم وسلامة خلايا البطارية, يتم إغلاق القشرة والغطاء العلوي عن طريق اللحام بالليزر أو اللحام بالمقاومة. التحكم في المعلمات أثناء عملية اللحام أمر بالغ الأهمية للغاية. قد يسبب أي انحراف طفيف مشاكل في جودة اللحام ويؤثر على الأداء الكلي لخلايا البطارية.
عملية تصنيع الخلايا الأسطوانية
1. صب قذيفة: غلاف الخلايا الأسطوانية مصنوعة بشكل عام من مواد معدنية, وتستخدم عملية تمديد أنبوب الفولاذ السلس في الغالب. عن طريق تمديد الأنبوب المعدني في قالب معين, تتشكل قشرة أسطواني بسمك جدار معين وطولها. مقارنة مع تصنيع القذائف المنشورية, عملية تصنيع الأصداف الأسطوانية بسيطة نسبيًا ولها كفاءة إنتاج عالية.
2. خلايا البطارية لف: عادة ما تتبنى الخلايا الأسطوانية عملية اللف. بعد تكديس الألواح الإيجابية والسلبية والحجاب الحاجز بالتناوب, يتم جرحها في خلايا أسطوانية بواسطة آلة متعرج. خلال عملية اللف, السيطرة على التوتر المتعرج أمر بالغ الأهمية. سيؤثر التوتر المفرط أو غير الكافي على الهيكل الداخلي وأداء خلية البطارية. في نفس الوقت, ترتبط سرعة ودقة اللف أيضًا مباشرة باتساق وخلايا البطارية.
3. الختم والتجميع: بعد جرح خلية البطارية, يتم تنفيذ عملية الختم والتجميع. في عملية الختم, عادة ما يستخدم لحام المقاومة لإغلاق الغطاء العلوي إلى القشرة. تتضمن عملية التجميع أيضًا تجميع مكونات مثل خلية البطارية, بالكهرباء, ودائرة الحماية في القشرة لتشكيل بطارية كاملة.
من حيث تعقيد عملية التصنيع, تحتوي الخلية المنشورية على عملية التصنيع الأكثر تعقيدًا بسبب متطلبات تصميمها الهيكلية وختمها. عملية تصنيع الخلايا الأسطوانية بسيطة نسبيًا ولديها درجة عالية من التوحيد.
كثافة الطاقة
لا ترتبط كثافة الطاقة للخلايا الأسطوانية والخلايا المنشورية فقط ببنيتها وعمليتها, لكن المزيد يعتمد على موادهم. ومع تطوير تكنولوجيا البطارية, سواء كانت خلايا أسطواني أو خلايا منشورية, من خلال التحسين المستمر للمواد والعمليات, تتزايد كثافة طاقة خلايا البطارية المفردة تدريجياً.
لكن, عند تصنيع حزم البطارية أو أنظمة البطارية, سوف تتغير كثافة الطاقة الإجمالية الخاصة بهم بسبب اختيار خلايا البطارية ذات الأشكال المختلفة.
بسبب هيكلها المربع, قذيفة رقيقة وكفاءة تعبئة عالية, كثافة طاقة الحجم في حزمة البطارية المكونة من الخلايا المنشورية أعلى من تلك الموجودة في الخلايا الأسطوانية. تحتوي حزمة البطارية المكونة من خلايا أسطوانية على كثافة طاقة أقل من الخلايا المنشورية بسبب قشرة الصلب الثقيلة للخلايا الأسطوانية وفجوة التراص الدائرية الكبيرة. على سبيل المثال, تسلا 4680 الأسطوانة الكبيرة تقلل من نسبة الصدفة عن طريق زيادة قطر الخلية المفردة, وكثافة طاقة الخلية الواحدة قريبة من 300WH/كجم, لكن كثافة مستوى مستوى الحزمة لا تزال أقل من كثافة البطاريات المنشورية.
أمان
بنية قشرة الخلايا المنشورية لديها قدرة على تحمل قوية, ودرجة حرارة الوسط سهلة التراكم أثناء الشحن السريع للسعة الكبيرة, لذلك هناك حاجة إلى نظام إدارة حراري كامل وتصميم السلامة لضمان سلامة عالية.
قشرة الخلايا الأسطوانية لها قوة عالية, صمام أمان مدمج, والتصميم الأسطواني أكثر ملاءمة لتبديد الحرارة, والخلية المفردة أكثر أمانًا. لكن, في الحالات القصوى مثل الشحن المفرط ودائرة قصيرة, لا تزال هناك حاجة إلى تعزيز التدابير الوقائية.
تكاليف الإنتاج
عملية تصنيع الخلية المنشورية معقدة نسبيًا, مع العديد من القوالب المخصصة والمتطلبات الصارمة على معدات الإنتاج والتحكم في العملية. عملية إنتاج الخلايا الأسطوانية ناضجة, مع نماذج المنتجات المعيارية للغاية ودرجة عالية من القواسم المشتركة. هذا يؤدي إلى عدد أقل من مواصفات المنتج, أنواع أقل من تطور قوالب التصنيع, وتوافق خط الإنتاج الأقوى, الذي يتماشى مع “منصة” مفهوم الإنتاج. إلى جانب درجة عالية من الأتمتة, إنه يقلل بشكل كبير من نسبة العمل لخط الإنتاج ويقلل من تكاليف العمالة. لذلك, في ظل نفس الظروف, تكلفة إنتاج الخلايا الأسطوانية أقل من تلك الموجودة في الخلايا المنشورية.
دورة الحياة
عادة ما تكون عمر دورة الخلايا المنشورية حوالي 2000 ~ 4000 مرة. يمكن أن تصل الخلايا المنشورية المستخدمة لتخزين الطاقة إلى أكثر من 6000 مرات. عادة ما تكون دورة دورة الخلايا الأسطوانية أقصر.
لذا, من حيث حياة الدورة, الخلايا المنشورية > الخلايا الأسطوانية.
استخدام الفضاء
عند صنع حزم بطارية ليثيوم أيون, سوف تشكل الخلايا الأسطوانية فجوات عند الترتيب, ومعدل استخدام المساحة هو حول 70%. عندما يتم ترتيب الخلايا المنشورية, يتم القضاء على الفجوات, وانتهى معدل استخدام المساحة 80%, الذي تم تحسينه إلى حد كبير.
لذلك, من حيث استخدام المساحة, الخلايا المنشورية > الخلايا الأسطوانية.
طلب
تستخدم الخلايا المنشورية على نطاق واسع في السيارات الكهربائية, أنظمة تخزين الطاقة وغيرها من الحقول. في السيارات الكهربائية, يمكن أن يتناسب هيكلهم المدمج بشكل أفضل مع مساحة هيكل السيارة وتحسين نطاق السيارة وأداء المناولة. في أنظمة تخزين الطاقة, يمكن للخلايا المنشورية ذات السعة الكبيرة والحياة الطويلة للدورة أن تمدد عمر المعدات بشكل أفضل, وبالتالي تقليل تكلفة الكهرباء لكل وحدة من دورة الحياة بأكملها.
غالبًا ما تستخدم الخلايا الأسطوانية في الدراجات الكهربائية, معدات طبية, إلكترونيات المستهلك وغيرها من الحقول. حجمها الموحد وأداء تبديد الحرارة الجيد يجعل تصميم المنتج وتصنيعه أكثر ملاءمة. في مجال السيارات الكهربائية, تستخدم بعض شركات السيارات مثل Tesla أيضًا خلايا أسطوانية. لكن, بسبب السعة الصغيرة نسبيا لخلية أسطواني واحد, يجب توصيل عدد كبير من الخلايا الأسطوانية في سلسلة ومتوازية عند استخدامها في السيارات الكهربائية, مما يزيد من تعقيد وتكلفة نظام إدارة البطارية.
ملخص
من خلال هذه المقالة, أعتقد أن الجميع تعلموا شيئًا عن الخلايا المنشورية والخلايا الأسطوانية. في الحقيقة, بغض النظر عن أي شكل من أشكال بطارية ليثيوم أيون يتم اختياره, يعتمد منطق الاختيار بشكل أساسي على القدرة على التكيف. بعد كل شيء, الشخص الذي يناسب احتياجاتك هو الأفضل.
أعتقد أنه مع التطوير المستمر لتكنولوجيا البطارية, ستواصل كل من الخلايا المنشورية والخلايا الأسطوانية الابتكار في مجالات قوتها الخاصة بها. يتنافسون ويكملون بعضهم البعض, وسيكون المستفيدون النهائيون النظام البيئي للبطارية بأكمله والعدد الهائل من المستهلكين.