Im Montageprozess von Lithium-Ionen-Batteriezellen, Es gibt hauptsächlich zwei Techniken: Wickeln und Stapeln. Die Etablierung dieser beiden Technologien steht in engem Zusammenhang mit den folgenden technischen Schlüsselpunkten: Raumnutzung, Lebensdauer, Fertigungseffizienz, und Herstellungsinvestitionen von Batteriezellen.
Lithium-Ionen-Batterien kann in Softpack unterteilt werden, Quadrat, und zylindrische Batterien entsprechend ihrer Verpackungsart und -form. Aus der Perspektive des internen Formprozesses, Softpacks und Vierkantbatterien können gewickelt oder laminiert werden. Jedoch, Zylinderbatterien können aufgrund ihrer überalligen Krümmung nur gewickelt werden.
Unter diesen beiden Technologien, Der Wickelprozess hat eine längere Entwicklungszeit und bietet die Vorteile einer ausgereiften Technologie, niedrige Kosten, und hoher Ertrag. Sondern mit der Entwicklung der Elektrofahrzeugtechnologie, Der Stapelprozess hat sich aufgrund seiner hohen Volumenauslastung allmählich zu einem aufstrebenden Stern entwickelt, stabile Struktur, geringer Innenwiderstand, und lange Lebensdauer, und zeichnet sich im Vergleich zum Wickelvorgang aus. Obwohl der Laminierungsprozess in einigen Aspekten höhere Anfangsinvestitionskosten erfordern kann, Seine langfristigen Leistungsvorteile und Effizienzsteigerungen machen es zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung für zukünftige Batterieherstellungstechnologien.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Wickeltechnik??
Beim Wickelvorgang wird das geschnittene positive Elektrodenblech gewickelt, Separator, und ein negatives Elektrodenblatt in eine vorbestimmte Größe und Form, ähnlich einer Batterie-Jelly-Rolle. Bei diesem Verfahren wird eine spezielle Wickelmaschine verwendet, um das Material nacheinander durch eine Wickelnadel aufzuwickeln und zu verdichten, Formung zylindrischer oder quadratischer Batteriezellen. Anschließend, Diese Batteriezellen wurden in entsprechende Metallgehäuse eingesetzt, um den anfänglichen Aufbau der Batterie abzuschließen.
Die Auslegungskapazität der Batteriezelle bestimmt die Größe der Schlitzspule und die Parameter der Wickelspule.
Was ist Stapelbatterietechnologie??
Bei der Technologie für gestapelte Batterien werden positive und negative Elektrodenbleche entsprechend den Designanforderungen auf bestimmte Größen zugeschnitten, und dann Stapeln der geschnittenen positiven Elektrodenfolie, Separator, und ein negatives Elektrodenblatt nacheinander, um eine mehrschichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird anschließend in mehrere kleine Batteriezellen aufgeteilt, die schließlich durch Schweiß- und Verpackungsprozesse gestapelt und zu kompletten Einzelzellen zusammengesetzt werden.
Diese Methode kann die Raumausnutzung der Batterie verbessern und ihre Gesamtleistung optimieren.
Vergleich des Prozesses des Stapelns der Batterie mit dem Wickeln
| Stapeln | Wicklung | |
| Energiedichte | Hoch. Es gibt eine höhere Raumnutzungsrate. | Untere. Aufgrund des Einflusses von Form und Winkel, desto größer der Raum, desto geringer ist die Auslastung. |
| Strukturelle Stabilität | Höher. Die innere Struktur ist stabil, und die Reaktionsgeschwindigkeit ist relativ niedrig. | Untere. Die interne Lade- und Entladereaktionsgeschwindigkeit ist ungleichmäßig. |
| Sicherheit | Hohe Sicherheit. Die Spannungsverteilung ist gleichmäßiger. | Untere. Mögliche Probleme, die sich auf die Nutzungsqualität auswirken können, wie Pulververlust, Polausdehnung, und Zwerchfelldehnung, können an der Biegestelle auftreten. |
| Prozessreife | Niedrig. Es gibt eine große Anzahl von Polarisatorteilen, und die anfänglichen Investitionskosten der Ausrüstung sind hoch. | Hoch. Ausgereifte Technologie und niedrige Investitionskosten. |
| Zyklusleben | Länger. Niedriger Innenwiderstand, Hohe Stabilität des chemischen Batteriesystems, und lange Lebensdauer. | Kürzer. Im späteren Gebrauchsstadium ist es anfällig für Verformungen, Dies wirkt sich auf die Lebensdauer der Batterie aus. |
| Schnelle Ladeanpassung | Einfach anzupassen. Mehrpolige Parallelschaltung, geringer Innenwiderstand, kann das Hochstromladen und -entladen in kurzer Zeit abschließen, und verfügt über eine hohe Akkuleistung. | Schlechte Anpassungsfähigkeit. Während des Lade- und Entladevorgangs, Die Abbaugeschwindigkeit von Wirkstoffen bei hohen Temperaturen beschleunigt sich, Dies führt zu einer niedrigen Batterieleistung. |
Unterschiedliche Batterietypen verwenden unterschiedliche Herstellungsverfahren:
Softpack-Akkuzellen: Es kommen beide Technologien zum Einsatz, abhängig vom Batteriezellenhersteller. Die Stapeltechnik wird häufig eingesetzt, da sie sich aufgrund ihrer flexiblen Form für gestapelte Strukturen eignet.
Klingenzellen: Entworfen und hergestellt in Stapeltechnik.
Quadratische Zelle: Es stehen sowohl Stapel- als auch Wickelverfahren zur Verfügung. Derzeit, Der Markt wird hauptsächlich vom Wickelverfahren dominiert, und die Technologie geht in Richtung Stapeln über.
Zylindrische Batteriezelle: Als ausgereiftes Produkt, Es hat immer den Wickelprozess übernommen.
Diese Prozessauswahl spiegelt eine umfassende Betrachtung des Batteriedesigns wider, Fertigungseffizienz, und Anforderungen an die Batterieleistung.
Lithium-Ionen-Batteriezellen mit Stapeltechnologie haben Vorteile gegenüber der Wickeltechnologie
Der Zellstapel hat eine höhere Energiedichte der Batterie
Durch Stapeltechnologie hergestellte Lithium-Ionen-Batterien weisen eine höhere Energiedichte auf, stabilere innere Struktur, höhere sicherheit, und längere Lebensdauer.
Der Wickelvorgang weist geschwungene Kanten und Ecken auf, Dies führt zu einer geringeren Platzausnutzung im Vergleich zu Stapelbatterien. Jedoch, Eine gestapelte Lithiumbatterie kann den Eckraum der Batterie vollständig nutzen. daher, wenn das Zellendesignvolumen gleich ist, Die Energiedichte der durch den Batteriestapel gebildeten Zelle ist höher.
Im Vergleich zu gewickelten Batterien, die Energiedichte von Stapelstrukturen kann um ca. erhöht werden 6%.
Stabilere interne Struktur
Im Vergleich zu gewickelten Batterien, Es besteht kein Problem ungleichmäßiger innerer Spannungen an den Ecken der Stapelbatterie. Bei wiederholtem Gebrauch des Akkus, Die Ausdehnungskräfte jeder Schicht sind ähnlich. Auch wenn sich der Stapelvorgang während der Batterienutzung ausdehnen kann, Die Gesamtausdehnungskraft jeder Schicht ist ähnlich, Dadurch kann die Außenseite des Batteriestapels flach bleiben und auch die Stabilität im Inneren der Batterie ist hoch.
Bei der Verwendung von gewickelten Batterien, wenn Lithiumionen fließen und sich einbetten, Sowohl die positive als auch die negative Elektrode dehnen sich aus. An den Ecken des Wickelvorgangs, Die innere Spannung der inneren und äußeren Schichten ist nicht konsistent. Dies führt zu einer wellenförmigen Verformung der Jelly-Roll-Batterie. Diese Verformung kann zu einer Verschlechterung der Leistung der Batterieschnittstelle führen, ungleichmäßige Stromverteilung, und beschleunigte Instabilität der inneren Struktur der Batterie.
Höhere Sicherheit
Das Beschichtungsmaterial an beiden Enden der Wicklung neigt zu erheblicher Biegung und Verformung, und der Biegebereich ist anfällig für Pulververlust, Grate, und andere Phänomene. In schweren Fällen, es kann zu internen Kurzschlüssen in der Batterie kommen, Dies führt zu einer unkontrollierten Wärmeentwicklung.
Die Elektrodenplatte und das Diaphragma unterliegen einer ungleichmäßigen Belastung, was zu Falten führt. Die Ausdehnung und Kontraktion der Elektrodenplatte und die Dehnung der Membran können zu einer Verformung der Batteriezelle führen. Die Stapelbatteriezelle wird gleichmäßig beansprucht und es gibt kein Biegeproblem an beiden Enden. Auf diese Weise, Die Stapelbatterie bietet eine höhere Sicherheit.
Längere Lebensdauer
Bekanntlich, wenn Spannung und Zeit konstant sind, desto größer der Widerstand, desto weniger Wärme wird erzeugt. Je kleiner der Widerstand, desto weniger Wärme wird erzeugt.
Der Batteriestapel verfügt über eine relativ große Anzahl einpoliger Ohren, Das ist doppelt so viel wie bei gewickelten Batterien.
Je mehr Polohren es gibt, Je kürzer die elektronische Übertragungsstrecke und desto geringer der Widerstand. daher, Die Wärmeentwicklung der Stapelbatterieeinheit ist gering. Jedoch, Gewickelte Batterien neigen zu Verformungen, Erweiterung, und andere Probleme, Dies kann die Leistung des Akkus beeinträchtigen.
Also im Vergleich zu gewickelten Batterien, Gestapelte Lithiumbatterien haben eine relativ längere Lebensdauer.
Die Nachteile von Stapelbatterien im Vergleich zu gewickelten Batterien
Hohe Investitionskosten
Die Anzahl der für eine Produktionslinie benötigten Laminiermaschinen hängt von der Anzahl der Batteriezellen ab.
Berechnet zu einem Preis von 3-3.5 Millionen Yuan pro Einheit für eine einzelne Produktionslinie, Die anfänglichen Investitionskosten sind zu hoch. Und die Technologie gewickelter Batterien ist ausgereift, und der entsprechende Preis ist auch relativ niedrig.
Niedrige Rendite
Die Schneidtechnologie für gewickelte Batterien ist ausgereift, und jede Batteriezelle muss nur einmal für den Plus- und Minuspol geschnitten werden, mit relativ geringem Schwierigkeitsgrad. Dementsprechend hoch ist auch die Produktqualifizierungsquote.
Stapelbatterien bestehen aus Dutzenden kleiner Teile pro Zelle, jeweils mit mehreren Schnittflächen, Dies erschwert die Kontrolle der Produktqualität. Daher ist die Ausbeute des Produkts gering.
Schwer zu kontrollieren
Es ist immer noch eine Frage der Prozesstechnik. Die gewickelte Batterie hat nur zwei Polstücke, und jede Batterie benötigt nur zwei Schweißpunkte, was leicht zu kontrollieren ist.
Gestapelte Batterien verfügen über eine große Anzahl gestapelter Elektroden, was leicht zu virtuellen Lötstellen führen kann. Denn alle Polstücke müssen zur Fixierung an einem Schweißpunkt punktgeschweißt werden, Die Operation ist schwierig.
Der Wickelvorgang steuert die Geschwindigkeit, Spannung, usw. der Elektrodenstücke zum Aufwickeln der geschnittenen positiven und negativen Elektroden, sowie der Separator und andere Teile zusammen. Aufgrund dieser Eigenschaft können mit dem Wickelprozess nur Lithiumbatterien mit regelmäßigen Formen hergestellt werden.
Der Stapelprozess der Stapelbatterie besteht darin, die positive Elektrodenfolie abwechselnd zu stapeln, negatives Elektrodenblatt, und Separator durch eine Maschine, um eine gestapelte Batteriezelle zu bilden. Mit diesem Verfahren können Lithiumbatterien mit regelmäßiger oder unregelmäßiger Form hergestellt werden, mit höherer Flexibilität in Design und Betrieb.
So wählen Sie eine technische Route aus? Stapeln oder wickeln?
Aus der Perspektive der Fertigungseffizienz und Ausbeute, Das gestapelte Wachstum ist am schnellsten. Mit der Entwicklung der Stapelbatterietechnologie durch Batteriezellenhersteller und der kontinuierlichen Technologieinnovation durch Batterieunternehmen, Der Markt bewegt sich in Richtung Super-Stacked-Design + Blade-Batterielösungen. Man kann davon ausgehen, dass dieser Teil das größte Potenzial hat.
Aus der Perspektive der technologischen Entwicklungsrichtung verschiedener Batterietypen, Der Einsatz der Stapeltechnologie für Softpack-Batterien entwickelt sich zum unaufhaltsamen Trend.
Die Standardisierung des Wickelprozesses erfordert eine Verbesserung der Herstellungsgeschwindigkeit von Einzelzellenbatterien. Quadratische Zellen werden weiterhin die Wickeltechnologie nutzen, ohne sich in der Größe weiterzuentwickeln. Aber wenn es sich um eine quadratische, laminierte Schale handelt, Es sollte das Stapelverfahren verwendet werden.
Für Verbraucherbatterien, zusätzlich zur Akkukapazität und Leistung, Hersteller werden der Verbesserung der Nutzungseffizienz mehr Aufmerksamkeit schenken. daher, Es besteht ein hoher Bedarf an Wickeltechnik.
Für Power-Batterien, Große Module und große Batteriezellen werden der Trend der Wahl sein. Der Stapelprozess kann seine Effizienzvorteile besser ausspielen, Zuverlässigkeit, und andere Aspekte.
Der Innenwiderstand von Spiralbatterien ist relativ hoch, und um es deutlich zu reduzieren, Es bestehen hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Ausrüstung und die Qualitätskontrolle. Dadurch steigen auch die Kosten.
Die Stapelbatterie hat eine flache Batteriestruktur, geringer Innenwiderstand, und hohe Raumnutzungseffizienz. Die zehn größten Lithiumbatterieunternehmen der Welt, vertreten durch BYD, Alle halten sich an die Stapelroute.
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