No processo de montagem de células de bateria de íon de lítio, existem basicamente duas técnicas: enrolamento e empilhamento. O estabelecimento destas duas tecnologias está intimamente relacionado com os seguintes pontos técnicos principais: utilização do espaço, Ciclo da vida, eficiência de fabricação, e investimento na fabricação de células de bateria.
Baterias de íon de lítio pode ser dividido em pacote macio, quadrado, e baterias cilíndricas de acordo com seus métodos e formatos de embalagem. Da perspectiva do processo de moldagem interna, soft packs e baterias quadradas podem ser enroladas ou laminadas. No entanto, baterias cilíndricas só podem ser enroladas devido à sua curvatura em todos os lugares.
Entre essas duas tecnologias, o processo de enrolamento tem um tempo de desenvolvimento mais longo e tem as vantagens da tecnologia madura, baixo custo, e alto rendimento. Mas com o desenvolvimento da tecnologia de veículos elétricos, o processo de empilhamento tornou-se gradualmente uma estrela em ascensão devido à sua alta taxa de utilização de volume, estrutura estável, baixa resistência interna, e ciclo de vida longo, e se destaca em comparação com o processo de enrolamento. Embora o processo de laminação possa exigir custos de investimento iniciais mais elevados em alguns aspectos, suas vantagens de desempenho a longo prazo e melhorias de eficiência tornam-no uma importante direção de desenvolvimento para a futura tecnologia de fabricação de baterias.
Índice
O que é tecnologia de enrolamento?
O processo de enrolamento envolve enrolar a folha de eletrodo positivo cortada, separador, e folha de eletrodo negativo em um tamanho e formato predeterminados, semelhante a um rolo de gelatina de bateria. Este processo utiliza uma bobinadeira específica para enrolar e compactar sequencialmente o material através de uma agulha de enrolamento, formando células de bateria cilíndricas ou quadradas. Posteriormente, essas células da bateria foram colocadas em invólucros de metal correspondentes para completar a construção inicial da bateria.
A capacidade projetada da célula da bateria determina o tamanho da bobina de corte e os parâmetros da bobina de enrolamento.
O que é tecnologia de bateria empilhada?
A tecnologia de bateria empilhada é o processo de corte de folhas de eletrodos positivos e negativos em tamanhos específicos de acordo com os requisitos do projeto, e depois empilhar a folha de eletrodo positivo cortada, separador, e folha de eletrodo negativo em sequência para formar uma estrutura multicamadas. Esta estrutura é posteriormente dividida em múltiplas pequenas células de bateria, que são finalmente empilhados e montados em células individuais completas através de processos de soldagem e embalagem.
Este método pode melhorar a utilização do espaço da bateria e otimizar seu desempenho geral.
Comparando o processo de empilhamento da bateria com o enrolamento
| Empilhamento | Enrolamento | |
| Densidade de energia | Alto. Há uma maior taxa de utilização do espaço. | Mais baixo. Devido à influência da forma e do ângulo, quanto maior o espaço, quanto menor a taxa de utilização. |
| Estabilidade estrutural | Mais alto. A estrutura interna é estável, e a taxa de reação é relativamente baixa. | Mais baixo. A taxa de reação interna de carga e descarga é desigual. |
| Segurança | Alta segurança. A distribuição de tensão é mais consistente. | Mais baixo. Potenciais problemas que podem afetar a qualidade do uso, como perda de pó, expansão do pólo, e alongamento do diafragma, são propensos a ocorrer no ponto de flexão. |
| Maturidade do processo | Baixo. Há um grande número de peças polarizadoras, e o custo de investimento inicial do equipamento é alto. | Alto. Tecnologia madura e baixo custo de investimento. |
| Ciclo de vida | Mais longo. Baixa resistência interna, alta estabilidade do sistema químico da bateria, e longa vida útil. | Mais curto. É propenso a deformação nas fases posteriores de uso, o que afeta o ciclo de vida da bateria. |
| Adaptação de carregamento rápido | Fácil de adaptar. Conexão paralela multipolar, baixa resistência interna, pode completar carga e descarga de alta corrente em um curto espaço de tempo, e tem alto desempenho de bateria. | Má adaptabilidade. Durante o processo de carga e descarga, a taxa de degradação das substâncias ativas em altas temperaturas acelera, resultando em desempenho de baixa taxa de bateria. |
Diferentes tipos de baterias usam diferentes processos de fabricação:
Células de bateria soft pack: Ambas as tecnologias são usadas, dependendo do fabricante da célula da bateria. A tecnologia de empilhamento é frequentemente usada porque seu formato flexível é adequado para estruturas empilhadas.
Células de lâmina: Projetado e produzido usando tecnologia de empilhamento.
Célula quadrada: Ambos os processos de empilhamento e enrolamento estão disponíveis. Atualmente, o mercado é dominado principalmente pelo processo de enrolamento, e a tecnologia está em transição para o empilhamento.
Célula de bateria cilíndrica: Como um produto maduro, sempre adotou o processo de enrolamento.
Estas escolhas de processo refletem uma consideração abrangente entre o design da bateria, eficiência de fabricação, e requisitos de desempenho da bateria.
Células de bateria de íon de lítio que usam tecnologia de empilhamento têm vantagens sobre a tecnologia de enrolamento
A pilha de células tem maior densidade de energia da bateria
As baterias de íon de lítio formadas por meio da tecnologia de empilhamento têm maior densidade de energia, estrutura interna mais estável, maior segurança, e maior vida útil.
O processo de enrolamento tem bordas e cantos curvos, resultando em menor utilização de espaço em comparação com baterias empilhadas. No entanto, bateria de lítio empilhada pode utilizar totalmente o espaço do canto da bateria. Portanto, quando o volume do design da célula é o mesmo, a densidade de energia da célula formada pela pilha de baterias é maior.
Comparado com baterias enroladas, a densidade de energia das estruturas de empilhamento pode ser aumentada em cerca de 6%.
Estrutura interna mais estável
Em comparação com baterias enroladas, não há problema de tensão interna irregular nos cantos da bateria da pilha. Durante o uso repetido da bateria, as forças de expansão de cada camada são semelhantes. Portanto, mesmo que o processo de empilhamento possa se expandir durante o uso da bateria, a força geral de expansão de cada camada é semelhante, para que o exterior da pilha de baterias possa permanecer plano e a estabilidade dentro da bateria também seja alta.
Durante o uso de baterias enroladas, à medida que os íons de lítio fluem e se incorporam, ambos os eletrodos positivos e negativos se expandirão. Nos cantos do processo de enrolamento, a tensão interna das camadas interna e externa não é consistente. Isso causará deformação ondulada da bateria do jelly roll. Esta deformação pode levar a uma deterioração no desempenho da interface da bateria, distribuição atual desigual, e instabilidade acelerada da estrutura interna da bateria.
Maior segurança
O material de revestimento em ambas as extremidades do enrolamento está sujeito a flexões e deformações significativas, e a área de curvatura é propensa à perda de pó, rebarbas, e outros fenômenos. Em casos graves, pode causar curto-circuitos internos na bateria, levando à geração descontrolada de calor.
A placa do eletrodo e o diafragma são propensos a tensões irregulares, resultando em rugas. A expansão e contração da placa do eletrodo e o estiramento do diafragma podem causar deformação da célula da bateria. A célula da bateria empilhada é tensionada uniformemente e não há problemas de flexão em ambas as extremidades. Desta maneira, a bateria da pilha tem maior segurança.
Vida útil mais longa
Como é bem conhecido, quando a tensão e o tempo são constantes, quanto maior a resistência, menos calor é gerado. Quanto menor a resistência, menos calor é gerado.
As pilhas de baterias possuem um número relativamente grande de orelhas unipolares, que é o dobro do número de baterias enroladas.
Quanto mais orelhas polares houver, quanto menor a distância de transmissão eletrônica e menor a resistência. Portanto, a geração de calor da unidade de bateria de pilha é pequena. No entanto, baterias enroladas são propensas a deformação, expansão, e outras questões, o que pode afetar o desempenho da bateria.
Então, em comparação com baterias enroladas, baterias de lítio empilhadas têm uma vida útil relativamente mais longa.
As desvantagens da bateria empilhada em comparação com as baterias enroladas
Alto custo de investimento
O número de máquinas de laminação necessárias para uma linha de produção está relacionado ao número de células da bateria.
Calculado a um preço de 3-3.5 milhões de yuans por unidade para uma única linha de produção, o custo do investimento inicial é muito alto. E a tecnologia das baterias enroladas está madura, e o preço correspondente também é relativamente baixo.
Baixa taxa de rendimento
A tecnologia de corte para baterias enroladas está madura, e cada célula da bateria só precisa ser cortada uma vez para os pólos positivo e negativo, com dificuldade relativamente baixa. Portanto, a taxa de qualificação do produto também é correspondentemente alta.
A bateria empilhada tem dezenas de pequenos pedaços por célula, cada um com múltiplas superfícies de corte, dificultando o controle da qualidade do produto. Portanto, a taxa de rendimento do produto é baixa.
Difícil de controlar
Ainda é uma questão de tecnologia de processo. A bateria enrolada tem apenas duas peças polares, e cada bateria só precisa de duas soldas por pontos, que é fácil de controlar.
As baterias empilhadas possuem um grande número de eletrodos empilhados, o que pode facilmente levar à soldagem virtual. Porque todas as peças polares precisam ser soldadas em um ponto de soldagem para fixação, a operação é difícil.
O processo de enrolamento controla a velocidade, tensão, etc.. das peças do eletrodo para enrolar os eletrodos positivos e negativos cortados, bem como o separador e outras peças juntas. Essa característica faz com que o processo de enrolamento seja capaz apenas de produzir baterias de lítio com formatos regulares.
O processo de empilhamento da bateria consiste em empilhar alternadamente a folha do eletrodo positivo, folha de eletrodo negativo, e separador através de uma máquina para formar uma célula de bateria empilhada. Este processo pode produzir baterias de lítio com formatos regulares ou irregulares, com maior flexibilidade em design e operação.
Como escolher uma rota técnica? Empilhamento ou enrolamento？
Das perspectivas de eficiência e rendimento de fabricação, o crescimento empilhado é o mais rápido. Com o desenvolvimento da tecnologia de baterias empilhadas pelos fabricantes de células de bateria e a inovação contínua da tecnologia pelas empresas de baterias, o mercado está caminhando na direção de projetar super empilhados + soluções de bateria de lâmina. Pode-se considerar que esta parte tem o maior potencial.
Do ponto de vista da direção do desenvolvimento tecnológico adotada pelos diferentes tipos de baterias, o uso da tecnologia de empilhamento para baterias soft pack está se tornando uma tendência e imparável.
A padronização do processo de enrolamento exige melhoria na velocidade de fabricação de baterias unicelulares. As células quadradas continuarão a usar tecnologia de enrolamento sem aumentar de tamanho. Mas se for um tamanho laminado de concha quadrada, o processo de empilhamento deve ser usado.
Para baterias de consumo, além da capacidade e desempenho da bateria, os fabricantes prestarão mais atenção à melhoria da eficiência de uso. Portanto, há uma alta demanda por tecnologia de enrolamento.
Para baterias de energia, módulos grandes e células de bateria grandes serão a tendência de escolha. O processo de empilhamento pode aproveitar melhor suas vantagens em eficiência, confiabilidade, e outros aspectos.
A resistência interna das baterias em espiral é relativamente alta, e para reduzi-lo significativamente, existem altos requisitos de capacidade do equipamento e controle de qualidade. Isto também aumentará os custos.
A bateria empilhada tem uma estrutura de bateria plana, baixa resistência interna, e alta eficiência de utilização do espaço. As dez maiores empresas de baterias de lítio do mundo, representado por BYD, todos aderem à rota de empilhamento.
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