Desde que a Tesla propôs 4680 células em setembro de 2020, a grande bateria cilíndrica mais uma vez se tornou um tema quente na indústria. Além da Tesla, as fábricas de baterias principais da China também começaram a aderir ao investimento em industrialização em lote de grandes baterias cilíndricas, como EVE, BYD, etc. Com base na popularidade das células cilíndricas, este artigo se concentra na análise das vantagens das células cilíndricas (nota especial: não há intenção de excluir outros tipos de células). Neste artigo, as células cilíndricas têm as três principais vantagens a seguir em aplicações práticas para referência:
A flexibilidade da pequena capacidade
Devido às limitações de tamanho e processo das células cilíndricas, a capacidade de uma única célula cilíndrica é geralmente pequena, como a célula 18650 NCM 2.6Ah, a célula 32700 LFP 6Ah, a célula 33140 LFP 15Ah, a célula 34190 LFP 20Ah, etc.
Além de veículos elétricos e mercados de armazenamento de energia em larga escala, em outros campos, como veículos de duas rodas, triciclos, veículos de equilíbrio, ferramentas elétricas, AGVs, armazenamento de energia portátil, armazenamento de energia doméstica, etc., a capacidade das baterias de módulo único geralmente não é muito grande. , em aplicações práticas, células prismáticas de grande capacidade posicionadas em automóveis e armazenamento de energia em grande escala não atendem necessariamente à demanda do mercado, incluindo tamanho, capacidade, etc. As células cilíndricas de pequena capacidade podem atender às necessidades de capacidade de um determinado mercado em paralelo ou em série, por exemplo, os dois tipos de baterias 24V60Ah e 48V30Ah usados em AGV são necessidades comuns.
Três tipos de células cilíndricas, como 32700, 33140 e 34190, podem ser conectadas em paralelo ou em série para formar os módulos necessários de 60Ah ou 30Ah, se uma capacidade menor puder ser obviamente alcançada.
Enquanto isso, pode ter possibilidades de operação mais flexíveis na estrutura do espaço para atender aos requisitos de design de diferentes modelos.
A vantagem de custo das células cilíndricas
1) Entre todos os tipos de baterias de íons de lítio, as células cilíndricas têm o mais alto grau de padronização de processo e são as primeiras a serem comercializadas, e sua eficiência de montagem é significativamente maior do que a das células prismáticas e células de bolsa. Com a melhoria gradual da automação, o processo de enrolamento de células cilíndricas atinge atualmente 200 PPM, mesmo que a eficiência de cilindros grandes (como 33140, 34190, 4680, etc.) seja ligeiramente menor do que a das células cilíndricas tradicionais 18650/21700, mas também é muito maior do que a eficiência da célula prismática e da célula da bolsa (geralmente em torno de 10PPM).
2) A razão para a pequena capacidade da célula cilíndrica é que a folha de eletrodo contínuo em forma de tira após o revestimento é cortada em pequenas folhas de eletrodo em forma de tira. A miniaturização da folha de eletrodo pode melhorar a taxa de utilização da folha de eletrodo. Normalmente, sob os mesmos critérios de triagem e nível de automação, a taxa de utilização do material das células cilíndricas é 3-5% maior do que a das células prismáticas.
O efeito de dissipação de calor das células cilíndricas tem vantagens óbvias
Sabemos que a maioria dos incêndios de baterias de íons de lítio são causados por "fuga térmica", e a propagação da fuga térmica também é a principal preocupação do desempenho de segurança do sistema de bateria. A estrutura cilíndrica é a solução mais provável para a fuga térmica, enquanto as estruturas prismáticas e de bolsa são quase insolúveis.
1) A baixa capacidade de uma única célula cilíndrica leva a uma pequena quantidade de energia liberada pela fuga térmica. Enquanto isso, com a melhoria gradual da segurança do material, a liberação de calor causada pela fuga térmica é reduzida, o que aumenta significativamente a segurança do sistema de bateria.
2) A estrutura da superfície em forma de arco da bateria cilíndrica limita o processo de transferência de calor entre as células até certo ponto e tem um certo efeito positivo na propagação da fuga térmica, a célula prismática e a célula da bolsa são quase insolúveis a esse respeito. No empacotamento de células cilíndricas, o contato entre as células é o contato de "linha" na superfície do arco, enquanto o prismático e o pacote de bolsa são contato de "superfície". O contato de "linha" reduz significativamente a eficiência da transferência de calor.
Enquanto isso, ainda há algum espaço entre as células e, mesmo que o meio isolante não esteja cheio, o ar reduz a transferência de calor. Além disso, com a promoção da "tecnologia all tab" para células cilíndricas, a transferência de calor na superfície curva também será reduzida.
