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鋰電池的三種封裝形式

鉅大LARGE  |  點擊量:5300次  |  2018年08月19日  

摘要
目前主流的鋰電池封裝形式主要有三種:圓柱、方形和軟包,不同的封裝結構意味著不同的特性,它們各有優缺點,下面我們就來一起探討一下這三種電池的特點吧!

目前主流的鋰電池封裝形式主要有三種:圓柱、方形和軟包,不同的封裝結構意味著不同的特性,它們各有優缺點,下面我們就來一起探討一下這三種電池的特點吧!

1、圓柱形鋰電池

圓柱形鋰電池分為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷錳混合、三元材料不同體系,外殼分為鋼殼和聚合物兩種,不同材料體系電池有不同的優點。目前,圓柱主要以鋼殼圓柱磷酸鐵鋰電池為主,這種電池的表現為容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環性能、輸出電壓穩定、能大電流放電、電化學性能穩定、使用安全、工作溫度范圍寬、對環境友好。廣泛應用于太陽能燈具、草坪燈具、后備能源、電動工具、玩具模型上。

一個典型的圓柱形電池的結構包括:正極蓋、安全閥、PTC元件、電流切斷機構、墊圈、正極、負極、隔離膜、殼體。

最早的圓柱形鋰電池是由日本SONY公司于1992年發明的18650鋰電池,因為18650圓柱形鋰電池的歷史相當悠久,所以市場的普及率非常高,圓柱形鋰電池采用相當成熟的卷繞工藝,自動化程度高,產品品質穩定,成本相對較低。圓柱形鋰電池有諸多型號,比如常見的有14650、17490、18650、21700、26650等。圓柱型鋰電池在日本、韓國鋰電池企業中較為流行,中國國內也有相當規模的企業生產圓柱形鋰電池。

2、方形鋰電池

方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池,方形電池的普及率在國內很高,隨著近年汽車動力電池的興起,汽車續航里程與電池容量之間的矛盾日漸突顯,國內動力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主,因為方形電池的結構較為簡單,不像圓柱電池采用強度較高的不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件,所以整體附件重量要輕,相對能量密度較高。方型電池采用卷繞和疊片兩種不同的工藝。

但由于方形鋰電池可以根據產品的尺寸進行定制化生產,所以市場上有成千上萬種型號,而正因為型號太多,工藝很難統一。方形電池在普通的電子產品上使用沒有問題,但對于需要多只串、并聯的工業設備產品,最好使用標準化生產的圓柱形鋰電池,這樣生產工藝有保證,以后也更容易找到可替換的電池。

3、軟包鋰電池

軟包鋰電池是液態鋰離子電池套上一層聚合物外殼,與其他電池最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復合膜),這也是軟包鋰電池中最關鍵、技術難度最高的材料。軟包裝材料通常分為三層,即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構成的外層保護層)、阻透層(中間層鋁箔)和內層(多功能高阻隔層)。

軟包電池的包裝材料和結構使其擁有下面一系列優勢:

1.安全性能好

軟包電池在結構上采用鋁塑膜包裝,在發生安全隱患的情況下軟包電池最多只會鼓氣裂開,而不像鋼殼鋁殼電芯那樣會發生爆炸。

2.重量輕

軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電輕40%,較鋁殼電池輕20%。

3.容量大

軟包電池較同等規格尺寸的鋼殼電池容量高10~15%,較鋁殼電池高5~10%。

4.內阻小

軟包電池的內阻較小,目前國產軟包電池芯的內阻最小可做到35mΩ以下,極大的降低了電池的自耗電。

5.設計靈活

軟包電池的形狀可根據客戶的需求定制,開發新的電芯型號。

然而軟包鋰電池現有的軟包電池芯型號較少,無法滿足市場需求;同時開發新的型號成本高。

4、對比分析

電池形狀:方形鋰電池可以是任意大小,所以是圓柱電池不能比的。

倍率特性:圓柱形鋰電池焊接多極耳的工藝限制,所以倍率特性稍差于方形多極耳方案

放電平臺:采用相同的正極材料、負極材料、電解液所以理論上放電平臺是一致的,但是方形電池內阻稍占優勢,所以放電平臺稍微高一點。

產品質量:圓柱鋰電池工藝非常成熟,極片公有二次分切缺陷機率低,且卷繞工藝較疊片工藝成熟度及自動化程度都要高疊片工藝目前還在采用半手工方式,所以對于電池的品質存在不利影響。

極耳焊接:圓柱鋰電池極耳較方形鋰電池更易焊接,方形電池易產生虛焊影響電池品質。

PACK成組:圓形電池相對具有更易用特點,所以PACK方案簡單,散熱效果好,方形電池PACK時要解決好散熱的問題。

結構特點:方形電池邊角處化學活性能較差,長期使用電池性能下降較為明顯。

總的來說,圓柱、方形和軟包三種封裝類型的電池各有優勢,也各有不足,每種電池都有自己主導的領域,比如,方形電池中磷酸鐵鋰較多,軟包電池中三元更多一些。隨著新能用汽車新補貼政策的出臺,電池的系統能量密度成為一項重要考核指標。

比如,補貼新政要求純電動客車續駛里程不低于200公里、電池系統能量密度要高于85Wh/kg、電池系統總質量占整車整備質量比例不高于20%,這些都說明補貼向著重量更輕、續航里程更高的三元電池方向轉變。三元軟包電池容量較同等尺寸規格的鋼殼鋰電高10~15%、較鋁殼電池高5~10%,而重量卻比同等容量規格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕,因此,補貼新政對三元軟包電池更有利。

鑒于軟包電池的優勢,業內專家預計,隨著電池路線的發展,軟包電池在新能源汽車市場的滲透率將不斷提升,未來軟包電池在各類型電池中的占比有望超過50%。

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