Todos nós sabemos que as células de bateria podem ser categorizadas principalmente em três tipos: baterias prismáticas de alumínio, baterias cilíndricas e baterias de bolsa. Cada um deles tem suas próprias características. Atualmente, as baterias prismáticas dominam o mercado de baterias de energia para veículos elétricos (EV), enquanto as baterias de bolsa são usadas principalmente em eletrônicos de consumo. As baterias cilíndricas servem como uma opção econômica para ocupar uma fatia do mercado. No entanto, esses três tipos de baterias têm suas vantagens e desvantagens.
Célula cilíndrica
Vantagens: As células cilíndricas foram um dos primeiros produtos de bateria de lítio industrializados maduros. Após mais de duas décadas de desenvolvimento, o processo de produção de baterias cilíndricas de lítio tornou-se maduro. Eles têm alta eficiência de produção e custos relativamente baixos. Como resultado, o custo das baterias que utilizam células cilíndricas é relativamente baixo. As baterias cilíndricas também têm rendimentos de produção mais altos em comparação com as baterias prismáticas e de bolsa. Eles também exibem boa consistência e desempenho de segurança.
Desvantagem: As células cilíndricas, normalmente fechadas em invólucros de aço, têm níveis de segurança mais altos, mas tendem a ser mais pesadas, resultando em menor densidade de energia em comparação com outros tipos. A forma cilíndrica também leva a uma menor utilização do espaço e problemas de condutividade térmica radial, afetando a distribuição de temperatura. Devido ao baixo desempenho térmico radial das baterias cilíndricas, o número de enrolamentos em uma única célula é limitado (normalmente em torno de 20 enrolamentos para 18650 células), resultando em capacidades individuais menores. Quando usado em veículos elétricos, um grande número de células individuais é necessário para formar módulos e pacotes de bateria, levando a maiores perdas de conexão e complexidade no gerenciamento do sistema de gerenciamento de bateria (BMS).
Célula prismática
Vantagens: As baterias prismáticas de casca dura são normalmente feitas de materiais como liga de alumínio ou aço inoxidável e empregamenrolamento ou empilhamentoprocessos internos. Eles fornecem melhor proteção para a célula em comparação com as baterias de filme de alumínio-plástico (ou seja, baterias de bolsa), e a segurança da célula melhorou significativamente em comparação com as baterias cilíndricas. No entanto, as baterias prismáticas de casca dura têm requisitos mais altos para o layout do sistema de refrigeração.
A taxa de adoção de baterias prismáticas é alta na China. Com o aumento das baterias de veículos elétricos nos últimos anos, a contradição entre a autonomia do veículo e a capacidade da bateria tornou-se cada vez mais proeminente. Os fabricantes domésticos de baterias de energia usam principalmente baterias prismáticas de alumínio de alta densidade de energia como a principal escolha.
Vantagens: A embalagem das células prismáticas é feita principalmente de materiais como liga de alumínio e aço inoxidável, e a estrutura interna utiliza processos de enrolamento ou empilhamento. Isso fornece melhor proteção para a célula em comparação com as baterias de lítio de bolsa. A segurança da célula é significativamente melhorada em comparação com as baterias cilíndricas de lítio. A estrutura das baterias prismáticas é relativamente simples. Ao contrário das baterias cilíndricas que requerem invólucros de aço inoxidável de alta resistência e acessórios adicionais, como válvulas de segurança à prova de explosão, as baterias prismáticas têm um peso total de acessório mais leve. Eles também têm densidade de energia relativamente maior, o que reduz o número de células individuais e diminui os requisitos para o Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS).
Desvantagens: A personalização de baterias prismáticas de acordo com as dimensões do produto pode levar a uma grande variedade de modelos diferentes de baterias prismáticas no mercado. A abundância de diferentes modelos de bateria dificulta a padronização do processo de fabricação, resultando em níveis mais baixos de automação e variações significativas nas células individuais. Isso pode fazer com que as baterias compostas por baterias prismáticas de lítio tenham uma vida útil muito menor do que as baterias individuais.
Célula de bolsa
Os materiais e técnicas de processamento utilizados embaterias de bolsanão são significativamente diferentes das baterias tradicionais de aço ou alumínio. A principal diferença está no uso de materiais de embalagem flexíveis, especificamente o filme composto de alumínio-plástico, que é um material chave e altamente desafiador em baterias de lítio de bolsa. O material de embalagem flexível normalmente consiste em três camadas: uma camada de barreira externa (geralmente feita de nylon BOPA ou PET para proteção), uma camada de barreira (folha de alumínio no meio) e uma camada interna (uma camada multifuncional de alta barreira).
Vantagens: As baterias de lítio de bolsa têm várias vantagens:
As baterias de bolsa têm um risco menor de explosão em comparação com as baterias de casca dura. A embalagem de filme plástico de alumínio usada nas baterias de bolsa oferece melhor proteção e reduz as chances de uma falha catastrófica. As baterias de bolsa oferecem uma densidade de energia mais alta. Eles são mais leves do que as baterias de lítio de aço de capacidade equivalente em aproximadamente 40% e mais leves do que as baterias de alumínio em aproximadamente 20%. Isso permite mais armazenamento de energia em um formato menor e mais leve.
Desvantagens: As baterias de bolsa atualmente precisam resolver problemas como padronização e alto custo, forte dependência de importações de filmes de alumínio-plástico e baixa consistência.
No geral, as baterias cilíndricas, prismáticas e de bolsa têm suas próprias vantagens e desvantagens, e cada tipo domina em áreas específicas. O método de embalagem ideal pode ser determinado com base nas características do material da bateria, campo de aplicação e requisitos do produto, levando em consideração as características específicas de cada forma de embalagem. Cada tipo de embalagem tem seus próprios desafios tecnológicos, e um bom design de bateria envolve questões complexas em áreas como eletroquímica, gerenciamento térmico, engenharia elétrica e engenharia mecânica. Ele coloca altas demandas no design geral da bateria e do sistema.
O desempenho em matéria de segurança é também uma preocupação crucial para os consumidores. Independentemente do tipo de célula da bateria, é necessário passar por uma série de testes de segurança, como curto-circuito externo, sobrecarga, exposição a altas e baixas temperaturas, resistência à explosão, descarga excessiva, resistência a baixa pressão, ciclo de temperatura, vibração, choque de aceleração, queda, compressão, perfuração, resistência ao impacto, abuso térmico, combustão e lavagem, de acordo com padrões de teste como GB38031, GB31241, UN38.3, GB/T31485. Uma bateria é considerada qualificada quando demonstra resistência ao fogo, explosão e vazamento.
Fazendo uma comparação abrangente:
a. Cilíndrico: As baterias cilíndricas têm boa padronização, com apenas três fatores de forma principais: 18650, 2170 e4680. Eles têm uma longa história e processos de fabricação maduros, originários da invenção da Sony em 1992 (a primeira bateria de lítio comercial). As baterias cilíndricas têm altos níveis de automação, forte consistência do produto e custos relativamente baixos. No entanto, eles têm limitações na dissipação de calor radial, o que restringe o número de camadas de enrolamento e resulta em menores capacidades de células individuais. Isso significa que são necessárias centenas ou milhares de células, juntamente com técnicas avançadas de gerenciamento térmico da bateria. Além disso, a eficiência da embalagem é baixa durante o agrupamento de células e o invólucro de aço adiciona peso, resultando em uma densidade de energia relativamente menor quando agrupado.
b. Prismático: As baterias prismáticas têm um processo de fabricação mais simples e fornecem proteção para as células. Elas têm menos dificuldade quando agrupadas e oferecem maior densidade de energia em comparação com as baterias cilíndricas. No entanto, as baterias prismáticas carecem de padronização, com uma ampla gama de modelos e desafios para alcançar a uniformidade do processo. Embora as baterias prismáticas fossem tradicionalmente fabricadas usando técnicas de enrolamento, abordagens mais recentes, como células de bolsa empilhadas, também estão sendo utilizadas.
c. Bolsa: As baterias de bolsa oferecem um formato fino e flexível, permitindo maior densidade de energia. No entanto, eles têm menor resistência mecânica e exigem maisProcessos de fabricação. Eles também têm requisitos mais altos para o agrupamento celular.
A forma de embalagem também pode ser dividida em enrolamento e laminação de outra dimensão. Entre eles: as células cilíndricas só podem ser enroladas, as embalagens de bolsas só podem ser laminadas e as células prismáticas podem ser laminadas e laminadas. Comparando esses três pacotes, pode-se dizer que eles são apenas metade tão bons quanto o outro, e todos se enquadram na categoria de usabilidade e facilidade de uso. Uma vez que uma montadora decide qual pacote usar, ela não o alterará facilmente, a menos que haja uma mudança drástica no padrão do processo de embalagem. Qual tecnologia de embalagem se desenvolverá bem no futuro depende principalmente de qual empresa automobilística se desenvolve bem.
Por exemplo, baterias cilíndricas da Tesla e da Panasonic: A Tesla tem usado baterias cilíndricas e continua a fazê-lo. A Panasonic, intimamente associada à Tesla, também se concentrou em baterias cilíndricas. Em 2017, a Panasonic detinha a maior participação de mercado do mundo, com 9,9 GWh de capacidade instalada, respondendo por 16,7%.
Veículos chineses de nova energia e baterias prismáticas: A China tem um volume significativo de veículos comerciais de nova energia (usados principalmente em ônibus urbanos) e eles mostraram preferência por baterias prismáticas. Consequentemente, os fornecedores de baterias priorizam a produção de baterias prismáticas, que são então adotadas pelos fabricantes de veículos de passageiros. Além disso, a Alemanha também favorece baterias prismáticas. Como resultado, a maioria das baterias usadas na China são atualmente prismáticas, dado o forte desenvolvimento da indústria de veículos de nova energia da China, tornando as baterias prismáticas a escolha principal.
