As células prismáticas e as células cilíndricas são um tipo de bateria de íons de lítio.
Células prismáticas são encapsulados em conchas duras de alumínio ou aço, e a estrutura interna é um processo de enrolamento ou laminação. Como uma formulário de bateria de íons de lítio convencional, As células prismáticas são relativamente flexíveis em tamanho e têm uma capacidade maior.
Células cilíndricas são as primeiras baterias de íons de lítio a alcançar a produção em larga escala. Eles são feitos ao enrolar o eletrodo positivo, eletrodo negativo e separador em forma cilíndrica em uma ordem específica e envolvendo -os em uma concha de metal.
Em relação às diferenças entre células prismáticas e células cilíndricas, Vamos dar uma olhada detalhada neles através de várias comparações.
Células prismáticas vs cilíndricas
Aparência e tamanho
A diferença mais óbvia entre células prismáticas e cilíndricas é a forma.
As células prismáticas são quadradas em forma e variam em tamanho. Existem poucos tamanhos universais para células prismáticas, e cada fabricante tem seu próprio design de produto. As células prismáticas são relativamente grandes em tamanho e têm maior capacidade, tornando-os mais adequados para aplicações de alta potência. Para uma bateria da mesma tensão e capacidade, A bateria prismática requer muito menos células do que células cilíndricas.
As células cilíndricas são de forma cilíndrica, com tamanhos comuns como 18650, 21700, e 4680. As células cilíndricas geralmente são pequenas e adequadas para aplicações com requisitos de energia mais baixos. Como resultado, A capacidade deles é baixa, e múltiplas células cilíndricas precisam ser conectadas em paralelo para aumentar a capacidade.
Processo de fabricação
Processo de fabricação de células prismáticas
1. Fabricação de conchas: A concha das células prismáticas é geralmente feita de metal, como liga de alumínio ou aço inoxidável. O processo de fabricação envolve estampagem, alongamento e outros processos. O processo de estampagem requer precisão de molde extremamente alta para garantir a consistência do tamanho e a planicidade da superfície da concha. O processo de alongamento molda ainda mais a profundidade e a forma da concha.
2. As células da bateria montam: Após os eletrodos e diafragmas positivos e negativos, são empilhados ou enrolados em células de bateria em sequência, Eles são cuidadosamente colocados na concha formada. O processo de empilhamento pode melhorar a densidade de energia e o desempenho da carga e descarga das células da bateria, pois pode reduzir a resistência e a tensão mecânica dentro das células da bateria. O processo de enrolamento é relativamente mais adequado para a produção em larga escala e tem maior eficiência de produção. Depois que a montagem das células da bateria é concluída, O eletrólito é injetado.
3. Vedação e soldagem: Para garantir a vedação e a segurança das células da bateria, A concha e a tampa superior são seladas por soldagem a laser ou soldagem de resistência. O controle de parâmetros durante o processo de soldagem é extremamente crítico. Qualquer desvio leve pode causar problemas de qualidade de soldagem e afetar o desempenho geral das células da bateria.
Processo de fabricação de células cilíndricas
1. Moldagem por concha: A concha das células cilíndricas geralmente é feita de materiais metálicos, e o processo de alongamento do tubo de aço sem costura é usado principalmente. Esticando o tubo de metal em um molde específico, Uma concha cilíndrica com uma certa espessura e comprimento da parede é formada. Comparado com a fabricação de conchas prismáticas, O processo de fabricação de conchas cilíndricas é relativamente simples e possui alta eficiência de produção.
2. Enrolamento da célula da bateria: As células cilíndricas geralmente adotam o processo de enrolamento. Após as placas positivas e negativas e o diafragma, é alternadamente empilhado, Eles são enrolados em células cilíndricas por uma máquina de enrolamento. Durante o processo de enrolamento, O controle da tensão sinuosa é muito crítica. A tensão excessiva ou insuficiente afetará a estrutura interna e o desempenho da célula da bateria. Ao mesmo tempo, A velocidade e a precisão do enrolamento também estão diretamente relacionadas à consistência e rendimento das células da bateria.
3. Vedação e montagem: Depois que a célula da bateria é enrolada, O processo de vedação e montagem é realizado. No processo de vedação, A soldagem de resistência é geralmente usada para selar a tampa superior na concha. O processo de montagem também inclui a montagem de componentes como a célula da bateria, eletrólito, e circuito de proteção na concha para formar uma bateria completa.
Em termos de complexidade do processo de fabricação, A célula prismática tem o processo de fabricação mais complexo devido ao seu projeto estrutural e requisitos de processo de vedação. O processo de fabricação de células cilíndricas é relativamente simples e tem um alto grau de padronização.
Densidade de Energia
A densidade energética de células cilíndricas e células prismáticas não está apenas relacionada à sua estrutura e processo, Mas mais depende de seus materiais. E com o desenvolvimento da tecnologia de bateria, se são células cilíndricas ou células prismáticas, Através da melhoria contínua de materiais e processos, Sua única densidade de energia das células da bateria está aumentando gradualmente.
No entanto, Ao fabricar baterias ou sistemas de bateria, Sua densidade geral de energia mudará devido à seleção de células de bateria de diferentes formas.
Devido à sua estrutura quadrada, casca fina e alta eficiência de embalagem, A densidade de energia de volume da bateria composta por células prismáticas é maior que a das células cilíndricas. A bateria composta por células cilíndricas tem uma densidade de energia de volume mais baixa do que as células prismáticas devido à concha de aço pesada das células cilíndricas e à grande lacuna de empilhamento circular. Por exemplo, Tesla's 4680 Cilindro grande reduz a proporção da concha, aumentando o diâmetro da célula única, e a densidade de energia de célula única é próxima de 300wh/kg, Mas a densidade de volume no nível da embalagem ainda é menor que a das baterias prismáticas.
Segurança
A estrutura prismática da concha celular tem uma forte capacidade de rolamento, e a temperatura central é fácil de acumular durante o carregamento rápido de grande capacidade, Portanto, é necessário um sistema completo de gerenciamento térmico e um design de segurança para garantir alta segurança.
A concha de célula cilíndrica tem alta resistência, Válvula de segurança embutida, e o design cilíndrico é mais propício à dissipação de calor, e a única célula é mais segura. No entanto, Em casos extremos, como sobrecarga e curto -circuito, Medidas de proteção ainda precisam ser fortalecidas.
Custos de produção
O processo de fabricação da célula prismática é relativamente complexo, Com muitos moldes personalizados e requisitos rígidos em equipamentos de produção e controle de processos. O processo de produção das células cilíndricas é maduro, com modelos de produtos altamente padronizados e um alto grau de semelhança. Isso leva a menos especificações do produto, Menos tipos de desenvolvimento de moldes de fabricação, e compatibilidade mais forte na linha de produção, que está de acordo com o “plataforma” conceito de produção. Juntamente com um alto grau de automação, Reduz significativamente a proporção de mão -de -obra da linha de produção e reduz os custos de mão -de -obra. Portanto, Sob as mesmas condições, O custo de produção das células cilíndricas é menor que o das células prismáticas.
Ciclo de vida
A vida útil das células prismáticas é geralmente cerca de 2000 ~ 4000 vezes. Células prismáticas usadas para armazenamento de energia podem atingir mais do que 6000 vezes. A vida útil das células cilíndricas geralmente é mais curta.
Então, Em termos de vida de bicicleta, células prismáticas > células cilíndricas.
Utilização do espaço
Ao fazer baterias de íons de lítio, As células cilíndricas formarão lacunas quando organizadas, e a taxa de utilização do espaço é sobre 70%. Quando as células prismáticas são organizadas, As lacunas são eliminadas, e a taxa de utilização do espaço acabou 80%, que é muito melhorado.
Portanto, Em termos de utilização do espaço, células prismáticas > células cilíndricas.
Aplicativo
As células prismáticas são amplamente utilizadas em veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia e outros campos. Em veículos elétricos, Sua estrutura compacta pode se encaixar melhor no espaço do chassi do veículo e melhorar o alcance do veículo e o desempenho de manuseio. Em sistemas de armazenamento de energia, Células prismáticas com grande capacidade e vida útil de longa ciclo pode prolongar melhor a vida útil do equipamento, reduzindo assim o custo da eletricidade por unidade de todo o ciclo de vida.
As células cilíndricas são frequentemente usadas em bicicletas elétricas, equipamento médico, eletrônicos de consumo e outros campos. Seu tamanho padronizado e bom desempenho de dissipação de calor tornam o design e a fabricação do produto mais convenientes. No campo de veículos elétricos, Algumas empresas de carros como a Tesla também usam células cilíndricas. No entanto, Devido à capacidade relativamente pequena de uma única célula cilíndrica, Um grande número de células cilíndricas precisa ser conectado em série e paralelo quando usado em veículos elétricos, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema de gerenciamento de baterias.
Resumo
Através deste artigo, Eu acredito que todo mundo aprendeu algo sobre células prismáticas e células cilíndricas. Na verdade, Não importa qual forma de bateria de íons de lítio seja escolhida, A lógica de seleção é baseada principalmente na adaptabilidade. Afinal, aquele que atende às suas necessidades é o melhor.
Eu acredito que com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de bateria, As células prismáticas e as células cilíndricas continuarão inovando em suas respectivas áreas de força. Eles competem e se complementam, E os beneficiários finais serão o ecossistema inteiro de bateria e o grande número de consumidores.