Tanto las células prismáticas como las células cilíndricas son un tipo de batería de iones de litio.
Células prismáticas están encapsulados en cáscara dura de aluminio o acero, y la estructura interna es un proceso de devanado o laminación. Como forma de batería de iones de litio convencional, Las células prismáticas son relativamente flexibles y tienen una mayor capacidad.
Células cilíndricas son las primeras baterías de iones de litio en lograr una producción a gran escala. Se hacen enrollando el electrodo positivo, electrodo negativo y separador en forma cilíndrica en un orden específico y encerrándolos en una carcasa de metal.
Con respecto a las diferencias entre las células prismáticas y las células cilíndricas, Echemos un vistazo detallado a través de varias comparaciones.
Células prismáticas vs cilíndricas
Apariencia y tamaño
La diferencia más obvia entre las células prismáticas y cilíndricas es la forma.
Las células prismáticas tienen forma cuadrada y varían en tamaño. Hay pocos tamaños universales para las células prismáticas., y cada fabricante tiene su propio diseño de producto. Las células prismáticas tienen un tamaño relativamente grande y tienen una mayor capacidad, haciéndolos más adecuados para aplicaciones de alta potencia. Para una batería del mismo voltaje y capacidad, La batería prismática requiere mucho menos celdas que las células cilíndricas.
Las células cilíndricas tienen forma cilíndrica, con tamaños comunes como 18650, 21700, y 4680. Las células cilíndricas suelen ser pequeñas y adecuadas para aplicaciones con requisitos de energía más bajos. Como resultado, Su capacidad es baja, y múltiples células cilíndricas deben conectarse en paralelo para aumentar la capacidad.
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación de células prismáticas
1. Fabricación de conchas: La cubierta de las células prismáticas generalmente está hecha de metal, como aleación de aluminio o acero inoxidable. El proceso de fabricación implica estampar, estiramiento y otros procesos. El proceso de estampado requiere una precisión de moho extremadamente alta para garantizar la consistencia del tamaño y la planitud de la superficie de la carcasa. El proceso de estiramiento da forma aún más a la profundidad y la forma de la carcasa.
2. Conjunto de celdas de batería: Después de que los electrodos y los diafragmas positivos y negativos se apilan o se enrollen en las celdas de la batería en secuencia, se colocan cuidadosamente en la carcasa formada. El proceso de apilamiento puede mejorar la densidad de energía y el rendimiento de carga y descarga de las celdas de la batería porque puede reducir la resistencia y el estrés mecánico dentro de las celdas de la batería. El proceso de devanado es relativamente más adecuado para la producción a gran escala y tiene una mayor eficiencia de producción. Después de completar el ensamblaje de las celdas de la batería, se inyecta el electrolito.
3. Sellado y soldadura: Para garantizar el sellado y la seguridad de las celdas de la batería, La carcasa y la cubierta superior están selladas por soldadura por láser o soldadura de resistencia. El control de los parámetros durante el proceso de soldadura es extremadamente crítico. Cualquier desviación leve puede causar problemas de calidad de soldadura y afectar el rendimiento general de las celdas de la batería.
Proceso de fabricación de células cilíndricas
1. Moldura: La carcasa de las células cilíndricas generalmente está hecha de materiales metálicos., y el proceso de estiramiento de tubo de acero sin costuras se usa principalmente. Estirando el tubo de metal en un molde específico, Se forma una cubierta cilíndrica con un cierto grosor de pared y longitud. En comparación con la fabricación de conchas prismáticas, El proceso de fabricación de las conchas cilíndricas es relativamente simple y tiene una alta eficiencia de producción..
2. Devanado de celda de batería: Las células cilíndricas generalmente adoptan el proceso de devanado. Después de las placas positivas y negativas y el diafragma se apilan alternativamente, Se enrollan en células cilíndricas por una máquina de devanado. Durante el proceso de devanado, El control de la tensión del devanado es muy crítico. La tensión excesiva o insuficiente afectará la estructura interna y el rendimiento de la celda de la batería. Al mismo tiempo, La velocidad y la precisión del devanado también están directamente relacionadas con la consistencia y el rendimiento de las celdas de la batería.
3. Sellado y ensamblaje: Después de que la celda de la batería se enrolla, Se lleva a cabo el proceso de sellado y ensamblaje. En el proceso de sellado, La soldadura de resistencia generalmente se usa para sellar la cubierta superior a la carcasa. El proceso de ensamblaje también incluye componentes de ensamblaje como la celda de la batería, electrólito, y el circuito de protección en la carcasa para formar una batería completa.
En términos de la complejidad del proceso de fabricación, La célula prismática tiene el proceso de fabricación más complejo debido a su diseño estructural y requisitos de proceso de sellado. El proceso de fabricación de células cilíndricas es relativamente simple y tiene un alto grado de estandarización.
Densidad de energia
La densidad de energía de las células cilíndricas y las células prismáticas no solo está relacionada con su estructura y proceso, Pero más depende de sus materiales. Y con el desarrollo de la tecnología de la batería, si se trata de células cilíndricas o células prismáticas, a través de la mejora continua de materiales y procesos, su densidad de energía de celda de batería única está aumentando gradualmente.
Sin embargo, Al fabricar paquetes de baterías o sistemas de batería, Su densidad de energía general cambiará debido a la selección de celdas de batería de diferentes formas.
Debido a su estructura cuadrada, Shell delgada y alta eficiencia de embalaje, La densidad de energía de volumen de la batería compuesta de células prismáticas es mayor que la de las células cilíndricas. La batería compuesta de células cilíndricas tiene una densidad de energía de menor volumen que las células prismáticas debido a la pesada carcasa de acero de las células cilíndricas y la gran brecha de apilamiento circular. Por ejemplo, Tesla 4680 El cilindro grande reduce la proporción de la carcasa al aumentar el diámetro de la célula individual, y la densidad de energía de una sola célula está cerca de 300wh/kg, Pero la densidad de volumen a nivel de paquete sigue siendo menor que la de las baterías prismáticas.
Seguridad
La estructura de la cubierta celular prismática tiene una fuerte capacidad de carga, y la temperatura central es fácil de acumular durante la carga rápida de gran capacidad, Por lo tanto, se necesita un sistema completo de gestión térmica y un diseño de seguridad para garantizar una alta seguridad.
La cubierta de células cilíndricas tiene alta resistencia, válvula de seguridad incorporada, y el diseño cilíndrico es más propicio para la disipación de calor, y la célula individual es más segura. Sin embargo, en casos extremos como sobrecarga y cortocircuito, Las medidas de protección aún deben fortalecerse.
Costos de producción
El proceso de fabricación de las células prismáticas es relativamente complejo, con muchos moldes personalizados y requisitos estrictos sobre equipos de producción y control de procesos. El proceso de producción de las células cilíndricas es madura, con modelos de productos altamente estandarizados y un alto grado de comunidad. Esto lleva a menos especificaciones de productos, Menos tipos de desarrollo de moldes de fabricación, y más fuerte compatibilidad de la línea de producción, que está en línea con el “plataforma” concepto de producción. Junto con un alto grado de automatización, Reduce significativamente la relación laboral de la línea de producción y reduce los costos laborales. Por lo tanto, En las mismas condiciones, El costo de producción de las células cilíndricas es más bajo que el de las células prismáticas.
Ciclo de vida
La vida del ciclo de las células prismáticas suele ser aproximadamente 2000 ~ 4000 veces. Las células prismáticas utilizadas para el almacenamiento de energía pueden alcanzar más que 6000 veces. La vida ciclista de las células cilíndricas suele ser más corta.
Entonces, En términos de la vida ciclista, células prismáticas > células cilíndricas.
Utilización del espacio
Al hacer paquetes de baterías de iones de litio, Las células cilíndricas formarán huecos cuando, y la tasa de utilización del espacio es sobre 70%. Cuando las células prismáticas están dispuestas, se eliminan los huecos, y la tasa de utilización del espacio ha terminado 80%, que se mejora enormemente.
Por lo tanto, En términos de utilización del espacio, células prismáticas > células cilíndricas.
Solicitud
Las células prismáticas se usan ampliamente en vehículos eléctricos, Sistemas de almacenamiento de energía y otros campos. En vehículos eléctricos, Su estructura compacta puede ajustar mejor el espacio del chasis del vehículo y mejorar el alcance del vehículo y el rendimiento de manejo. En sistemas de almacenamiento de energía, Las células prismáticas con gran capacidad y la larga vida útil del ciclo pueden extender mejor la vida útil del equipo, reduciendo así el costo de la electricidad por unidad de todo el ciclo de vida.
Las células cilíndricas a menudo se usan en bicicletas eléctricas, Equipo medico, Electrónica de consumo y otros campos. Su tamaño estandarizado y su buen rendimiento de disipación de calor hacen que el diseño y la fabricación de productos sean más convenientes. En el campo de los vehículos eléctricos, Algunas compañías automotrices como Tesla también usan células cilíndricas. Sin embargo, Debido a la capacidad relativamente pequeña de una sola célula cilíndrica, Se debe conectar una gran cantidad de células cilíndricas en serie y paralela cuando se usa en vehículos eléctricos, que aumenta la complejidad y el costo del sistema de gestión de la batería.
Resumen
A través de este artículo, Creo que todos han aprendido algo sobre las células prismáticas y las células cilíndricas.. De hecho, No importa qué forma de batería de iones de litio se elija, La lógica de selección se basa principalmente en la adaptabilidad.. Después de todo, El que se adapta a sus necesidades es el mejor.
Creo que con el desarrollo continuo de la tecnología de la batería, Tanto las células prismáticas como las células cilíndricas continuarán innovando en sus respectivas áreas de fuerza. Se compiten y se complementan entre sí, y los beneficiarios finales serán todo el ecosistema de la batería y la gran cantidad de consumidores.