Dans le processus d’assemblage des cellules de batterie lithium-ion, il existe principalement deux techniques: bobinage et empilage. La mise en place de ces deux technologies est étroitement liée aux points techniques clés suivants: utilisation de l'espace, Cycle de vie, efficacité de fabrication, et investissement dans la fabrication de cellules de batterie.
Batteries lithium-ion peut être divisé en pack souple, carré, et piles cylindriques selon leurs modes et formes de conditionnement. Du point de vue du processus de moulage interne, les packs souples et les piles carrées peuvent être enroulés ou laminés. Cependant, les piles cylindriques ne peuvent être enroulées qu'en raison de leur courbure partout.
Parmi ces deux technologies, le processus de bobinage a un temps de développement plus long et présente les avantages d'une technologie mature, faible coût, et rendement élevé. Mais avec le développement de la technologie des véhicules électriques, le processus d'empilage est progressivement devenu une étoile montante en raison de son taux d'utilisation élevé des volumes, structure stable, faible résistance interne, et longue durée de vie, et se distingue par rapport au processus de bobinage. Bien que le processus de laminage puisse nécessiter des coûts d'investissement initiaux plus élevés à certains égards, ses avantages en termes de performances à long terme et ses améliorations d'efficacité en font une direction de développement importante pour la future technologie de fabrication de batteries.
Table des matières
Qu'est-ce que la technologie de bobinage?
Le processus d'enroulement consiste à enrouler la feuille d'électrode positive coupée, séparateur, et une feuille d'électrode négative dans une taille et une forme prédéterminées, semblable à un rouleau de gelée de batterie. Ce processus utilise une bobineuse spécifique pour enrouler et compacter séquentiellement le matériau à travers une aiguille d'enroulement., former des cellules de batterie cylindriques ou carrées. Ensuite, ces cellules de batterie ont été placées dans des coques métalliques correspondantes pour compléter la construction initiale de la batterie.
La capacité nominale de la cellule de batterie détermine la taille de la bobine de refendage et les paramètres de la bobine d'enroulement..
Qu'est-ce que la technologie des batteries empilées?
La technologie des batteries empilées consiste à découper des feuilles d'électrodes positives et négatives à des tailles spécifiques en fonction des exigences de conception., puis empiler la feuille d'électrode positive découpée, séparateur, et une feuille d'électrode négative en séquence pour former une structure multicouche. Cette structure est ensuite divisée en plusieurs petites cellules de batterie, qui sont finalement empilés et assemblés en cellules individuelles complètes grâce à des processus de soudage et d'emballage.
Cette méthode peut améliorer l'utilisation de l'espace de la batterie et optimiser ses performances globales.
Comparaison du processus d'empilage de la batterie et du processus d'enroulement
| Empilage | Enroulement | |
| Densité énergétique | Haut. Il y a un taux d’utilisation de l’espace plus élevé. | Inférieur. En raison de l'influence de la forme et de l'angle, plus l'espace est grand, plus le taux d'utilisation est faible. |
| Stabilité structurelle | Plus haut. La structure interne est stable, et la vitesse de réaction est relativement faible. | Inférieur. Le taux de réaction de charge et de décharge interne est inégal. |
| Sécurité | Haute sécurité. La répartition des contraintes est plus cohérente. | Inférieur. Problèmes potentiels pouvant affecter la qualité d’utilisation, comme la perte de poudre, extension du pôle, et étirement du diaphragme, sont susceptibles de se produire au point de flexion. |
| Maturité du processus | Faible. Il existe un grand nombre de pièces polarisantes, et le coût d'investissement initial de l'équipement est élevé. | Haut. Technologie mature et faible coût d’investissement. |
| Cycle de vie | Plus long. Faible résistance interne, haute stabilité du système chimique de la batterie, et longue durée de vie. | Plus court. Il est sujet à la déformation dans les dernières étapes d'utilisation, ce qui affecte la durée de vie de la batterie. |
| Adaptation de charge rapide | Facile à adapter. Connexion parallèle multipolaire, faible résistance interne, peut effectuer une charge et une décharge à courant élevé en peu de temps, et a des performances de batterie élevées. | Mauvaise adaptabilité. Pendant le processus de charge et de décharge, le taux de dégradation des substances actives à haute température s'accélère, ce qui entraîne de faibles performances de batterie. |
Différents types de batteries utilisent différents processus de fabrication:
Cellules de batterie souples: Les deux technologies sont utilisées, en fonction du fabricant de cellules de batterie. La technologie d'empilage est souvent utilisée car sa forme flexible convient aux structures empilées.
Cellules de lame: Conçu et produit à l'aide de la technologie d'empilage.
Cellule carrée: Les processus d'empilage et d'enroulement sont disponibles. Maintenant, le marché est principalement dominé par le processus de bobinage, et la technologie évolue vers l'empilage.
Cellule de batterie cylindrique: En tant que produit mature, il a toujours adopté le procédé de remontage.
Ces choix de processus reflètent une considération globale entre la conception de la batterie, efficacité de fabrication, et exigences de performances de la batterie.
Les cellules de batterie au lithium-ion utilisant la technologie d'empilement présentent des avantages par rapport à la technologie d'enroulement
La pile de cellules a une densité énergétique de batterie plus élevée
Les batteries lithium-ion formées grâce à la technologie d'empilement ont une densité énergétique plus élevée, structure interne plus stable, une plus grande sécurité, et une durée de vie plus longue.
Le processus d'enroulement a des bords et des coins incurvés, ce qui entraîne une utilisation de l'espace inférieure par rapport à la batterie empilée. Cependant, la batterie au lithium empilée peut utiliser pleinement l'espace de coin de la batterie. Donc, lorsque le volume de conception de la cellule est le même, la densité énergétique de la cellule formée par la pile est plus élevée.
Par rapport aux batteries enroulées, la densité énergétique des structures d'empilage peut être augmentée d'environ 6%.
Structure interne plus stable
Par rapport aux batteries enroulées, il n'y a pas de problème de contrainte interne inégale aux coins de la pile. Lors d'une utilisation répétée de la batterie, les forces d'expansion de chaque couche sont similaires. Ainsi, même si le processus d'empilement peut se développer pendant l'utilisation de la batterie, la force d'expansion globale de chaque couche est similaire, Ainsi, l'extérieur de la pile peut rester plat et la stabilité à l'intérieur de la batterie est également élevée..
Lors de l'utilisation de piles enroulées, lorsque les ions lithium circulent et s'intègrent, les électrodes positives et négatives se dilateront. Aux coins du processus de bobinage, la contrainte interne des couches interne et externe n'est pas cohérente. Cela provoquerait une déformation ondulée de la batterie du jelly roll.. Cette déformation peut entraîner une détérioration des performances de l'interface de la batterie, répartition inégale du courant, et instabilité accélérée de la structure interne de la batterie.
Une sécurité accrue
Le matériau de revêtement aux deux extrémités de l'enroulement est sujet à une flexion et une déformation importantes, et la zone de pliage est sujette à la perte de poudre, bavures, et d'autres phénomènes. Dans les cas graves, cela peut provoquer des courts-circuits internes dans la batterie, conduisant à une génération de chaleur incontrôlée.
La plaque d'électrode et le diaphragme sont sujets à des contraintes inégales, entraînant des rides. L'expansion et la contraction de la plaque d'électrode et l'étirement du diaphragme peuvent provoquer une déformation de la cellule de la batterie.. La cellule de batterie empilable est uniformément sollicitée et il n'y a aucun problème de flexion aux deux extrémités. De cette façon, la batterie de pile a une sécurité plus élevée.
Durée de vie plus longue
Comme on le sait, lorsque la tension et le temps sont constants, plus la résistance est grande, moins il y a de chaleur générée. Plus la résistance est petite, moins il y a de chaleur générée.
Les piles de batteries comportent un nombre relativement important d'oreilles unipolaires., soit deux fois plus que celui des batteries enroulées.
Plus il y a d'oreilles polaires, plus la distance de transmission électronique est courte et plus la résistance est faible. Donc, la génération de chaleur de l'unité de batterie à pile est faible. Cependant, les batteries enroulées sont sujettes à la déformation, expansion, et d'autres problèmes, ce qui peut affecter les performances de la batterie.
Donc comparé aux batteries enroulées, les batteries au lithium empilées ont une durée de vie relativement plus longue.
Les inconvénients des batteries empilées par rapport aux batteries bobinées
Coût d'investissement élevé
Le nombre de machines à plastifier nécessaires pour une ligne de production est lié au nombre de cellules de batterie.
Calculé au prix de 3-3.5 millions de yuans par unité pour une seule ligne de production, le coût d'investissement initial est trop élevé. Et la technologie des batteries enroulées est mature, et le prix correspondant est également relativement bas.
Faible taux de rendement
La technologie de découpe des batteries bobinées est mature, et chaque cellule de batterie ne doit être coupée qu'une seule fois pour les pôles positif et négatif, avec une difficulté relativement faible. Le taux de qualification des produits est donc également élevé.
La batterie empilée contient des dizaines de petits morceaux par cellule, chacun avec plusieurs surfaces de coupe, ce qui rend difficile le contrôle de la qualité des produits. Le taux de rendement du produit est donc faible.
Difficile à contrôler
C'est toujours une question de technologie de processus. La batterie enroulée n'a que deux pièces polaires, et chaque batterie n'a besoin que de deux points de soudure, qui est facile à contrôler.
Les batteries empilées comportent un grand nombre d'électrodes empilées, ce qui peut facilement conduire à une soudure virtuelle. Parce que toutes les pièces polaires doivent être soudées par points sur un point de soudure pour la fixation, l'opération est difficile.
Le processus d'enroulement contrôle la vitesse, tension, etc.. des morceaux d'électrodes pour enrouler les électrodes positives et négatives coupées, ainsi que le séparateur et d'autres pièces ensemble. Cette caractéristique rend le processus de bobinage uniquement capable de produire des batteries au lithium de formes régulières..
Le processus d'empilement de la batterie consiste à empiler alternativement la feuille d'électrode positive, feuille d'électrode négative, et séparateur à travers une machine pour former une cellule de batterie empilée. Ce procédé permet de produire des batteries au lithium de formes régulières ou irrégulières, avec une plus grande flexibilité dans la conception et le fonctionnement.
Comment choisir un itinéraire technique? Empilage ou enroulement ?
Du point de vue de l’efficacité et du rendement de la fabrication, la croissance cumulée est la plus rapide. Avec le développement de la technologie des batteries empilées par les fabricants de cellules de batterie et l'innovation technologique continue par les fabricants de batteries., le marché s'oriente vers la conception de super empilés + solutions de batterie à lame. On peut considérer que cette partie a le plus grand potentiel.
Du point de vue de l’orientation du développement technologique adoptée par différents types de batteries, l’utilisation de la technologie d’empilage pour les batteries soft pack devient une tendance imparable.
La standardisation du processus de bobinage nécessite une amélioration de la vitesse de fabrication des batteries monocellulaires. Les cellules carrées continueront à utiliser la technologie du bobinage sans pour autant évoluer en taille. Mais s'il s'agit d'une coque carrée de taille laminée, le processus d'empilage doit être utilisé.
Pour les batteries grand public, en plus de la capacité et des performances de la batterie, les fabricants accorderont plus d'attention à l'amélioration de l'efficacité d'utilisation. Donc, il existe une forte demande en technologie de bobinage.
Pour les batteries de puissance, les grands modules et les grandes cellules de batterie seront la tendance de choix. Le processus d'empilage peut mieux exploiter ses avantages en termes d'efficacité, fiabilité, et d'autres aspects.
La résistance interne des batteries enroulées est relativement élevée, et afin de le réduire considérablement, il existe des exigences élevées en matière de capacité de l'équipement et de contrôle de la qualité. Cela augmentera également les coûts.
La batterie pile a une structure de batterie plate, faible résistance interne, et une efficacité élevée d'utilisation de l'espace. Les dix plus grandes entreprises mondiales de batteries au lithium, représenté par BYD, tous adhèrent à l'itinéraire d'empilage.
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