I tre principali fattori di forma della batteria agli ioni di litio: cilindrica, prismatica e custodia

5 ore fa p Steve Arar\n\nDi recente, abbiamo discusso lo stato delle batterie agli ioni di litio nel 2020. Uno degli sviluppi più recenti in questo campo è venuto dal Tesla Battery Day con una cella della batteria senza tab Elon Musk chiamata \"svolta\" in contrasto con i tre fattori di forma tradizionali del litio -batterie agli ioni: cilindriche, prismatiche e a custodia.\n\nCiascuno di questi tipi di batteria offre una serie di vantaggi e svantaggi. \u003cbr\u003e Non esiste un vincitore chiaro, ma la batteria scelta può influenzare il design di un prodotto in molti modi diversi. Ad esempio, ciascuno di questi fattori di forma della batteria può avere una distribuzione della temperatura e un modello di trasferimento del calore diversi.\n\nUna buona conoscenza della generazione e del trasferimento del calore dalla batteria è necessaria per progettare un sistema efficiente di gestione termica della batteria (BTM); BTM è costituito da sistemi di riscaldamento e raffreddamento che mantengono la temperatura della batteria nell'intervallo desiderato. \u003cbr\u003e In questo articolo, daremo un'occhiata alle caratteristiche importanti di ciascuno di questi formati di batteria.\n\nUna cella cilindrica è costituita da anodi, separatori e catodi simili a fogli che vengono inseriti a sandwich, arrotolati e imballati in una lattina a forma di cilindro. Questo tipo è uno dei primi tipi di batterie prodotti in serie ed è ancora molto popolare. \u003cbr\u003e\n\nQueste celle sono adatte per la produzione automatizzata. Un altro vantaggio è la stabilità meccanica. La forma rotonda della batteria distribuisce la pressione interna dalle reazioni laterali sulla circonferenza della cella in modo quasi uniforme. \u003cbr\u003e Ciò consente alla cella di tollerare un livello più elevato di pressione interna senza deformazioni.\n\nQuando si combinano celle cilindriche in pacchi e moduli, la sezione trasversale circolare della cella non ci consente di utilizzare completamente lo spazio disponibile. Di conseguenza, la densità di confezionamento delle celle cilindriche è bassa. \u003cbr\u003e Tuttavia, la gestione termica di un pacchetto di celle cilindriche può essere più semplice perché le cavità spaziali consentono al refrigerante di circolare facilmente attorno alle celle all'interno di un pacco batteria.\n\nLa distribuzione della temperatura di una cella agli ioni di litio con una velocità di scarica di 1 C e SOC \u003d 0,1 è mostrata di seguito:\n\nCome puoi vedere, le parti interne della cella hanno una temperatura più alta rispetto alla superficie della cella. \u003cbr\u003e In questo particolare esempio, la differenza di temperatura non è significativa. Tuttavia, con una cella ad alta capacità, il basso trasferimento di calore dal centro della cella all'esterno può rappresentare una sfida seria.\n\nIn termini di dimensioni, le celle cilindriche vengono solitamente prodotte nei modelli standard. \u003cbr\u003e Una dimensione comune è il tipo 18650 (diametro 18 mm, altezza 65 mm). Questo tipo ha una massa totale di circa 45 grammi e può supportare una capacità da circa 1,2 a 3 Ah a seconda della tecnologia impiegata. \u003cbr\u003e\n\nLe celle cilindriche si trovano comunemente in strumenti medici, laptop, e-bike e utensili elettrici. Queste batterie sono utilizzate anche nei veicoli Tesla. Altri produttori di veicoli elettrici utilizzano celle prismatiche. \u003cbr\u003e\n\nLe celle prismatiche agli ioni di litio sono costituite da grandi fogli di anodi, catodi e separatori inseriti a sandwich, arrotolati e pressati per adattarsi a un alloggiamento metallico o di plastica dura di forma cubica. Gli elettrodi possono anche essere assemblati mediante impilamento di strati anziché rotolamento di gelatina.\n\nParti dell'elettrodo e dei fogli separatori di una cella prismatica che si trovano vicino agli angoli del contenitore possono subire uno stress maggiore. \u003cbr\u003e Ciò può danneggiare il rivestimento dell'elettrodo e portare a una distribuzione non uniforme dell'elettrolita.\n\nQuando si combinano celle prismatiche in pacchi, la forma simile a una scatola cellulare consente un uso ottimale dello spazio disponibile. Tuttavia, questo spazio ottimale si ottiene al costo di una gestione termica più impegnativa. \u003cbr\u003e Questo perché non ci sono cavità spaziali tra le celle come ci sono in un pacco di celle cilindriche.\n\nLe celle prismatiche sono prodotte con una capacità che va da diversi ampere-ora destinati a laptop e telefoni cellulari a centinaia di ampere-ora progettati per applicazioni EV. Le celle prismatiche possono essere più costose da produrre. \u003cbr\u003e Inoltre, possono espandersi con l'uso.\n\nSebbene soffrano meno di gonfiore rispetto alle cellule della sacca, non si comportano come le cellule cilindriche a questo riguardo.\n\nLe celle a sacchetto non hanno un involucro rigido e utilizzano un foglio flessibile sigillato come contenitore delle celle. \u003cbr\u003e Questo è un approccio alquanto minimalista all'imballaggio; riduce il peso e porta a celle flessibili che possono adattarsi facilmente allo spazio disponibile di un dato prodotto.\n\nGli strati dell'elettrodo e del separatore di una cella a sacchetto vengono impilati anziché arrotolati in gelatina. Con le celle a sacchetto, il progettista dovrebbe allocare spazio sufficiente per il rigonfiamento cellulare. \u003cbr\u003e Dopo 500 cicli può verificarsi un rigonfiamento compreso tra l'8% e il 10%.\n\nA causa della struttura morbida della cella, è necessaria una struttura di supporto con celle a sacchetto e la cella non deve essere posizionata vicino a bordi taglienti.\n\nLe batterie agli ioni di litio continueranno a crescere in popolarità, soprattutto quando i veicoli elettrici diventeranno più onnipresenti. \u003cbr\u003e In effetti, Reuters ha recentemente riferito che Toyota e Panasonic stanno collaborando per produrre in serie batterie agli ioni di litio per auto ibride, annunciando piani per uno stabilimento nel Giappone occidentale a partire dal 2022.\n\nCon questa domanda in costante aumento, è importante che gli ingegneri familiarizzino con i tre fattori di forma comuni delle batterie agli ioni di litio: cilindriche, prismatiche e a custodia, e rimangano aggiornati sui nuovi aggiornamenti delle batterie agli ioni di litio, ad esempio, come quelli annunciati quest'anno al Tesla's Battery Day .. \u003cbr\u003e