电池电池通常由五个部分组成:阳极片、阴极片、电解质、隔离膜和外壳。最常见的电池工艺包括卷绕工艺机构和叠片工艺结构。让我们通过两种不同的工艺结构来了解锂电池的特点。
一、卷绕结构。
电池卷绕工艺是将电池的阴极片、隔膜、阳极片、隔膜四层一起卷起。卷绕电池的缺陷主要存在于两侧的毛刺、对齐和绕组张力方面。卷绕电池通常有硬壳圆柱形卷绕和方形卷绕。如18650、21700、4680,主要代表为特斯拉的圆柱电池。而卷绕的方形电池则是大多数汽车公司通用的电池。
由于其自身的特点,卷绕结构目前只能制成圆柱体或长方体电池,而不能制成异形电池。圆柱体卷绕电池和方形卷绕电池则各有优点。圆柱形卷绕电池由于长期存在于消费市场,其工艺最为成熟,批量成本较低,一致性也比较好,缺点则是单个电池小,组装后必须有间隔来散热,所以通常单位体积模块重量比较大;而由于形状和尺寸固定,方形卷绕电池就容易设计模块和箱体,并且由于方形电池比较大,形状可以方便散热,所以模块的能量密度也比圆柱形模块高。但缺点是批量生产设备由几家大供应商提供,设备供不应求,导致行业内方形绕组电池尺寸固定,后期难以定制。如果你想定制,你必须重新打开模具,成本就会上升。
但总的来说,卷绕结构的优点是加工成本低,无论是人工、半自动、全自动卷绕,都容易达到高效、高质量。
二、叠片结构。
电池叠片工艺是将电池隔离膜、阳极片、阴极片层叠而成。堆叠结构电池的优点:低于卷绕结构电池的内阻。由于极片膨胀,叠片的充放电功率更好。叠片利用率高,极片面积大,能量密度高。但缺点是折叠结构内部短路风险大,加工时只需两个切边,不像卷绕工艺,容易控制毛刺和对齐。折叠结构需要四个切边,不易控制,合格率相对较低。此外,需要高精度的半自动或全自动设备来控制切边,因此设备成本和输出成本较高。而且即使机器来折叠和卷绕,高速卷绕也比高速折叠更容易以低成本实现。方形折叠结构的电池是软包装电池,外包装采用铝塑料薄膜,尺寸变化灵活,电池能量密度高,但机械强度差,密封工艺困难,组结构复杂(PACK能量密度难以提高)。与液态电解质电池电池相比,该工艺更适合未来的固态电池。
事实上,电池工艺没有一定说哪个好哪个坏,总体来说工艺难度、成本、功率密度、能量密度、寿命、安全性之间的均衡性比较重要,实际选择时,可以具体根据各自的应用场景,放大某一项特性来进行选择。
例如,电池制造过程中的涂布和辊压。如果你追求续航,则必须增加涂层厚度和压实密度;如果要快速充放电,提高电池功率,就不能压得太大,压实密度要低,这样才能为锂离子提供更快的移动通道。
再比如有些混合动力车型要求电池功率大,综合里程大,不要求纯电池容量大,这就要考虑其他特征,而不仅仅是能量密度。
再者,如果汽车公司想追求安全,那么电池隔离膜越厚越好,可以防止电池内部短路,提高安全性。但隔离膜越厚,就意味着能量密度下降,功率下降。选择薄隔离膜来提高能量密度和功率,或者选择更厚的隔离膜保证安全,这取决于汽车公司自己的选择。
同样,对于电池的其他工艺,每个成熟的工艺都有自己的优缺点,因此需要大量的资金不断投入研究和改进,不断找到变化的完美平衡。
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