في عملية تجميع خلايا بطارية الليثيوم أيون, هناك أساسا اثنين من التقنيات: لف والتراص. يرتبط إنشاء هاتين التقنيتين ارتباطًا وثيقًا بالنقاط الفنية الرئيسية التالية: استغلال المساحة, دورة الحياة, كفاءة التصنيع, والاستثمار في تصنيع خلايا البطارية.
بطاريات ليثيوم أيون يمكن تقسيمها إلى حزمة ناعمة, مربع, والبطاريات الأسطوانية حسب طرق وأشكال التعبئة والتغليف الخاصة بها. من منظور عملية التشكيل الداخلي, يمكن أن تكون العبوات الناعمة والبطاريات المربعة ملفوفة أو مغلفة. لكن, لا يمكن جرح البطاريات الأسطوانية إلا بسبب انحناءها في كل مكان.
ومن بين هاتين التقنيتين, تتمتع عملية اللف بوقت تطوير أطول وتتمتع بمزايا التكنولوجيا الناضجة, تكلفة منخفضة, وعالية العائد. ولكن مع تطور تكنولوجيا السيارات الكهربائية, أصبحت عملية التكديس تدريجيًا نجمًا صاعدًا نظرًا لمعدل الاستخدام الكبير للحجم, هيكل مستقر, مقاومة داخلية منخفضة, ودورة حياة طويلة, ويبرز بالمقارنة مع عملية اللف. على الرغم من أن عملية التصفيح قد تتطلب تكاليف استثمار أولية أعلى في بعض الجوانب, إن مزايا الأداء على المدى الطويل وتحسينات الكفاءة تجعلها اتجاهًا مهمًا لتطوير تكنولوجيا تصنيع البطاريات المستقبلية.
جدول المحتويات
ما هي تكنولوجيا اللف?
تتضمن عملية اللف لف لوح القطب الموجب المقطوع, فاصل, وصفيحة القطب السالبة إلى حجم وشكل محدد مسبقًا, على غرار لفة هلام البطارية. تستخدم هذه العملية آلة لف محددة لتصفية المواد وضغطها بشكل تسلسلي من خلال إبرة لف, تشكيل خلايا بطارية أسطوانية أو مربعة. تبعًا, تم وضع خلايا البطارية هذه في أغلفة معدنية مقابلة لإكمال البناء الأولي للبطارية.
تحدد السعة التصميمية لخلية البطارية حجم ملف الحز ومعلمات ملف اللف.
ما هي تكنولوجيا البطاريات المكدسة?
تقنية البطاريات المكدسة هي عملية قطع صفائح القطب الموجب والسالب إلى أحجام محددة وفقًا لمتطلبات التصميم, ومن ثم تكديس ورقة القطب الموجب المقطوعة, فاصل, وصفيحة القطب السالبة بالتسلسل لتشكيل هيكل متعدد الطبقات. يتم تقسيم هذا الهيكل لاحقًا إلى خلايا بطارية صغيرة متعددة, والتي يتم تكديسها وتجميعها في النهاية في خلايا فردية كاملة من خلال عمليات اللحام والتعبئة.
يمكن لهذه الطريقة تحسين استخدام مساحة البطارية وتحسين أدائها العام.
مقارنة عملية تكديس البطارية مقابل اللف
| التراص | لف | |
| كثافة الطاقة | عالي. هناك معدل استخدام أعلى للمساحة. | أدنى. بسبب تأثير الشكل والزاوية, كلما كانت المساحة أكبر, كلما انخفض معدل الاستخدام. |
| الاستقرار الهيكلي | أعلى. الهيكل الداخلي مستقر, ومعدل التفاعل منخفض نسبيا. | أدنى. معدل رد فعل الشحن والتفريغ الداخلي غير متساوي. |
| حماية | إجراءات أمنية مشددة. توزيع الضغط أكثر اتساقا. | أدنى. المشكلات المحتملة التي قد تؤثر على جودة الاستخدام, مثل فقدان المسحوق, توسيع القطب, وتمتد الحجاب الحاجز, معرضة لحدوثها عند نقطة الانحناء. |
| نضج العملية | قليل. هناك عدد كبير من قطع المستقطب, والتكلفة الاستثمارية الأولية للمعدات مرتفعة. | عالي. التكنولوجيا الناضجة وانخفاض تكلفة الاستثمار. |
| دورة الحياة | أطول. مقاومة داخلية منخفضة, استقرار عالي للنظام الكيميائي للبطارية, وعمر الخدمة الطويل. | أقصر. وهو عرضة للتشوه في المراحل اللاحقة من الاستخدام, مما يؤثر على عمر دورة البطارية. |
| التكيف مع الشحن السريع | من السهل التكيف. اتصال متوازي متعدد الأقطاب, مقاومة داخلية منخفضة, يمكن إكمال الشحن والتفريغ الحالي العالي في وقت قصير, ولها أداء عالي للبطارية. | ضعف القدرة على التكيف. أثناء عملية الشحن والتفريغ, يتسارع معدل تحلل المواد الفعالة عند درجات الحرارة المرتفعة, مما أدى إلى انخفاض أداء معدل البطارية. |
تستخدم أنواع البطاريات المختلفة عمليات تصنيع مختلفة:
خلايا البطارية الناعمة: يتم استخدام كلتا التقنيتين, اعتمادًا على الشركة المصنعة لخلية البطارية. غالبًا ما يتم استخدام تقنية التراص لأن شكلها المرن مناسب للهياكل المكدسة.
خلايا الشفرة: تم تصميمها وإنتاجها باستخدام تكنولوجيا التراص.
خلية مربعة: تتوفر كل من عمليات التراص واللف. في الوقت الحالي, تهيمن عملية اللف على السوق بشكل أساسي, والتكنولوجيا تنتقل نحو التراص.
خلية بطارية أسطوانية: كمنتج ناضج, لقد اعتمدت دائمًا عملية اللف.
تعكس اختيارات العملية هذه دراسة شاملة بين تصميم البطارية, كفاءة التصنيع, ومتطلبات أداء البطارية.
تتمتع خلايا بطارية الليثيوم أيون التي تستخدم تقنية التراص بمزايا مقارنة بتقنية اللف
تحتوي حزمة الخلايا على كثافة طاقة بطارية أعلى
تتمتع بطاريات الليثيوم أيون التي يتم تشكيلها من خلال تقنية التراص بكثافة طاقة أعلى, هيكل داخلي أكثر استقرارا, سلامة أعلى, وعمر أطول.
تتميز عملية اللف بحواف وزوايا منحنية, مما يؤدي إلى استخدام مساحة أقل مقارنة ببطارية المكدس. لكن, يمكن لبطارية الليثيوم المكدسة الاستفادة الكاملة من المساحة الزاوية للبطارية. لذلك, عندما يكون حجم تصميم الخلية هو نفسه, كثافة طاقة الخلية التي تتكون من كومة البطارية أعلى.
بالمقارنة مع بطاريات الجرح, يمكن زيادة كثافة الطاقة في هياكل التراص بحوالي 6%.
هيكل داخلي أكثر استقرارا
بالمقارنة مع بطاريات الجرح, لا توجد مشكلة في الضغط الداخلي غير المتساوي في زوايا البطارية المكدسة. أثناء الاستخدام المتكرر للبطارية, قوى التمدد لكل طبقة متشابهة. لذلك، على الرغم من أن عملية التراص قد تتوسع أثناء استخدام البطارية, قوة التمدد الإجمالية لكل طبقة متشابهة, لذلك يمكن أن يظل الجزء الخارجي من حزمة البطارية مسطحًا ويكون الثبات داخل البطارية مرتفعًا أيضًا.
أثناء استخدام بطاريات الجرح, كما تتدفق أيونات الليثيوم وتضمينها, سوف تتوسع كل من الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية. في زوايا عملية اللف, الضغط الداخلي للطبقات الداخلية والخارجية غير متسق. وسوف يسبب تشوه متموج للبطارية جيلي رول. يمكن أن يؤدي هذا التشوه إلى تدهور أداء واجهة البطارية, التوزيع الحالي غير المتكافئ, وتسارع عدم استقرار البنية الداخلية للبطارية.
أمان أعلى
تكون مادة الطلاء الموجودة على طرفي الملف عرضة للانحناء والتشوه بشكل كبير, ومنطقة الانحناء عرضة لفقدان المسحوق, نتوءات, وغيرها من الظواهر. في الحالات الشديدة, يمكن أن يسبب دوائر قصيرة داخلية في البطارية, مما يؤدي إلى توليد الحرارة غير المنضبط.
لوحة القطب والحجاب الحاجز عرضة للضغط غير المتكافئ, مما يؤدي إلى التجاعيد. يمكن أن يؤدي تمدد وانكماش لوحة القطب الكهربائي وتمديد الحجاب الحاجز إلى تشوه خلية البطارية. يتم الضغط على خلية بطارية التراص بشكل موحد ولا توجد مشكلة في الانحناء في كلا الطرفين. بهذه الطريقة, تتمتع بطارية المكدس بأمان أعلى.
عمر أطول
كما هو معروف, عندما يكون الجهد والزمن ثابتين, كلما كانت المقاومة أكبر, كلما تم توليد حرارة أقل. كلما كانت المقاومة أصغر, كلما تم توليد حرارة أقل.
تحتوي أكوام البطاريات على عدد كبير نسبيًا من آذان القطب الواحد, وهو ضعف عدد بطاريات الجروح.
كلما زاد عدد الآذان القطبية, كلما قصرت مسافة النقل الإلكتروني قلت المقاومة. لذلك, توليد الحرارة لوحدة بطارية المكدس صغير. لكن, بطاريات الجرح عرضة للتشوه, توسع, وغيرها من القضايا, والتي يمكن أن تؤثر على أداء البطارية.
وذلك بالمقارنة مع بطاريات الجرح, تتمتع بطاريات الليثيوم المكدسة بعمر أطول نسبيًا.
عيوب بطارية المكدس مقارنة ببطاريات الجرح
ارتفاع تكلفة الاستثمار
يرتبط عدد آلات الترقق المطلوبة لخط الإنتاج بعدد خلايا البطارية.
تحسب بسعر 3-3.5 مليون يوان لكل وحدة لخط إنتاج واحد, تكلفة الاستثمار الأولية مرتفعة للغاية. وتكنولوجيا بطاريات الجرح ناضجة, والسعر المقابل منخفض نسبيًا أيضًا.
معدل العائد المنخفض
تكنولوجيا القطع لبطاريات الجرح ناضجة, ويجب قطع كل خلية بطارية مرة واحدة فقط من أجل القطبين الموجب والسالب, مع صعوبة منخفضة نسبيا. وبالتالي فإن معدل تأهيل المنتج مرتفع أيضًا.
تحتوي البطارية المكدسة على عشرات القطع الصغيرة لكل خلية, لكل منها أسطح قطع متعددة, مما يجعل من الصعب التحكم في جودة المنتج. وبالتالي فإن معدل العائد للمنتج منخفض.
من الصعب السيطرة عليها
إنها لا تزال مسألة تكنولوجيا العملية. تحتوي بطارية الجرح على قطعتين فقط من القطب, وكل بطارية تحتاج فقط إلى لحامين موضعيين, وهو أمر سهل التحكم فيه.
تحتوي البطاريات المكدسة على عدد كبير من الأقطاب الكهربائية المكدسة, والتي يمكن أن تؤدي بسهولة إلى اللحام الافتراضي. لأن جميع قطع القطب تحتاج إلى لحام موضعي على نقطة لحام واحدة للتثبيت, العملية صعبة.
عملية اللف تتحكم في السرعة, توتر, إلخ. من قطع القطب لتصفية الأقطاب الكهربائية المقطوعة الإيجابية والسلبية, وكذلك الفاصل والأجزاء الأخرى معًا. هذه الخاصية تجعل عملية اللف قادرة فقط على إنتاج بطاريات الليثيوم ذات الأشكال المنتظمة.
تتمثل عملية تكديس البطارية في تكديس ورقة القطب الموجب بالتناوب, ورقة القطب السلبي, وفاصل من خلال آلة لتشكيل خلية بطارية مكدسة. يمكن لهذه العملية إنتاج بطاريات الليثيوم ذات الأشكال المنتظمة أو غير المنتظمة, مع مرونة أعلى في التصميم والتشغيل.
كيفية اختيار الطريق الفني? التراص أو اللف？
من منظور كفاءة التصنيع والإنتاجية, النمو المكدس هو الأسرع. مع تطور تكنولوجيا البطاريات المكدسة من قبل الشركات المصنعة لخلايا البطارية والابتكار المستمر للتكنولوجيا من قبل شركات البطاريات, يتحرك السوق نحو اتجاه التصميم المكدس الفائق + حلول بطارية الشفرة. ويمكن اعتبار أن هذا الجزء لديه أكبر الإمكانات.
من منظور اتجاه التطور التكنولوجي الذي تعتمده أنواع مختلفة من البطاريات, أصبح استخدام تقنية التراص للبطاريات الناعمة اتجاهًا لا يمكن إيقافه.
يتطلب توحيد عملية اللف تحسين سرعة تصنيع بطاريات الخلية الواحدة. سوف تستمر الخلايا المربعة في استخدام تكنولوجيا اللف دون أن تتطور في الحجم. ولكن إذا كان حجمها عبارة عن قشرة مربعة الشكل, ينبغي استخدام عملية التراص.
للبطاريات الاستهلاكية, بالإضافة إلى سعة البطارية والأداء, سوف يولي المصنعون المزيد من الاهتمام لتحسين كفاءة الاستخدام. لذلك, هناك طلب كبير على تكنولوجيا اللف.
لبطاريات الطاقة, ستكون الوحدات الكبيرة وخلايا البطارية الكبيرة هي الاتجاه المفضل. يمكن لعملية التراص الاستفادة بشكل أفضل من مزاياها من حيث الكفاءة, مصداقية, وجوانب أخرى.
المقاومة الداخلية للبطاريات الملفوفة عالية نسبيًا, ومن أجل الحد منه بشكل كبير, هناك متطلبات عالية لقدرة المعدات ومراقبة الجودة. سيؤدي هذا أيضًا إلى زيادة التكاليف.
تحتوي بطارية المكدس على هيكل بطارية مسطح, مقاومة داخلية منخفضة, وكفاءة استخدام المساحة العالية. أفضل عشر شركات لبطاريات الليثيوم في العالم, يمثلها بي واي دي, جميعها تلتزم بمسار التراص.
إذا كان لديك أي أسئلة أخرى أو ترغب في معرفة البطارية التي هي الخيار الأفضل, يرجى الاتصال بنا على الفور!
اتصال GycxSolar على الفور لمعرفة المزيد عن تكنولوجيا بطارية الليثيوم!
