Форматы корпусов литий-ионных элементов для сборки аккумуляторных батарей
Литий-ионные батареи состоят из элементов или ячеек, в которых происходит перемещение ионов лития между отрицательным и положительным электродами через электролит. В настоящее время в производстве применяются три формата корпусов литиевых элементов:
Давайте узнаем, какой из этих форм-факторов лучше подходит для использования в аккумуляторных батареях промышленного назначения.
Цилиндрические элементы
Внешне они похожи на привычные в быту соляные или щелочные гальванические элементы (батарейки) типов A, АА, ААА. Наиболее распространен формат 18650 (диаметр 18 мм, высота 65 мм), который используется для батарей электромобилей, ноутбуков. Несколько реже применяются форматы 21700, 22500, 26650. Встречаются и индивидуальные типоразмеры.
Преимущества:
прочный металлический корпус;
возможность смены химического состава при сохранении механизма удержания элементов.
Недостатки:
низкая емкость отдельных ячеек, максимум 3А·ч;
сложность сборки, последовательно и параллельно с помощью сварки;
множество плотно сложенных цилиндров снижает безопасность батарейного блока.
Такой тип конструкции не позволяет заменять отдельные ячейки, а требует замены всего модуля, что удорожает ремонт.
Большинство сборщиков литий-ионных батарей для получения желаемой емкости размещают элементы параллельно. Например, чтобы достичь емкости 200 А·ч при использовании ячеек 2,5 А·ч нужно параллельно соединить 80 ячеек. Если из-за внутренней проблемы одна из них замкнется, то будет рассеивать энергию на остальные 79, что может вызвать перегрев модуля и пожар.
Чтобы избежать этого, компания Tesla использует сложные производственные процессы, позволяющие соединять ячейки параллельно с помощью предохранителя. Если один из элементов замыкается, то предохранитель перегорает и безопасность аккумуляторного блока не нарушается. Однако мало кто на промышленном рынке обладает подобной технологией, да и изготовление аккумулятора таким способом обходится дорого.
Призматические элементы
Они имеют твердый корпус, обычно из пластика или металлического (алюминиевого) материала, и оснащены винтовыми или сварными клеммами.
Преимущества:
прочный корпус, позволяющий изготавливать батарейные блоки без дорогостоящих тестов на механическую нагрузку;
высокая емкость отдельных ячеек – до 300Ah, что важно для создания мощных батарей без огромного числа параллельных соединений;
в корпусе могут быть предусмотрены вентиляционные отверстия для снижения внутреннего давления;
более безопасная конструкция всего батарейного блока;
меньшая плотность энергии из-за типа защитного корпуса, поэтому они не очень походят для портативных устройств.
Призматические элементы обычно используются в стационарном или передвижном промышленном оборудовании, электрических транспортных средствах.
Ячейки-пакеты
Пакетированные элементы имеют мягкий полимерно-алюминиевый корпус. Внешне они похожи на ламинированные мешочки или конверты. Размеры зависят от конструктивных решений производителя. Емкость ячеек может составлять от нескольких сотен мА·ч до 20 А·ч.
Преимущества:
более высокая плотность энергии;
низкая себестоимость корпуса;
Недостатки:
хрупкость корпуса, плохая защита от вибраций, сдавливания, проколов, деформации и вздутия;
для создания промышленных батарейных блоков отдельные элементы свариваются для последовательного или параллельного соединения, что затрудняет дальнейший ремонт или замену;
Металлический (алюминий, нержавеющая стать или композитный материал)
Мягкий полимерно-алюминиевый
Алюминиевый и пластиковый
Мощность батареи
<2 кВт·ч
2–10 кВт·ч
> 10 кВт·ч
Таким образом, для промышленных аккумуляторных батарей средней и большой емкости разумнее выбирать безопасные призматические ячейки. Цилиндрические элементы лучше устанавливать в небольшие литиевые аккумуляторы (<2 кВт·ч), например, для электросамокатов, шуруповертов, садового электроинструмента. Tesla успешно использует их в автомобилестроении, но такая технология дорогая. Ячейки-пакеты подходят там, где нужны высокая плотность энергии, компактность и низкие затраты на сборку.
Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog. Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и
преследуется по закону.
