تفاوت‌های فنی و کاربردهای آلومینیومی-باتری‌های منشوری محفظه‌ای و نرم-بسته‌بندی باتری‌های پریسماتیک

با توسعه سریع خودروهای انرژی جدید، سیستم ذخیره انرژی، و بازارهای عرضه برق صنعتی، فرم‌های بسته‌بندی باتری لیتیوم{0} یون دائماً در حال تغییر هستند. در حال حاضر، باتری‌های لیتیومی منشوری اصلی موجود در بازار به طور عمده به دو دسته تقسیم می‌شوند: باتری‌های منشوری با بدنه آلومینیومی و باتری‌های منشوری بسته نرم-. این دو فناوری از نظر طراحی سازه، عملکرد ایمنی، چگالی انرژی، هزینه ساخت و سناریوهای کاربردی تفاوت قابل توجهی دارند. درک ویژگی‌های آن‌ها برای طراحی باتری‌های نیرو، سیستم‌های ذخیره انرژی و ساختارهای بسته باتری، ارزش مرجع قابل‌توجهی دارد.

 

 

 

باتری‌های منشوری با محفظه آلومینیومی{0}}از آلومینیوم به عنوان پوسته بیرونی استفاده می‌کنند و ساختاری پایدار را از طریق جوشکاری لیزری یا فرآیندهای کپسوله‌سازی تشکیل می‌دهند. این محصولات به طور گسترده در وسایل نقلیه انرژی جدید، تجهیزات ذخیره انرژی و سیستم های قدرت صنعتی استفاده می شود. ساختار هسته آنها معمولاً از یک محلول پوسته آلومینیومی برای سلول های لیتیومی منشوری استفاده می کند که به استحکام مکانیکی بالا و پایداری ساختاری دست می یابد.

 

باتری‌های منشوری بسته نرم از یک فیلم کامپوزیت آلومینیومی-به‌عنوان ماده بسته‌بندی بیرونی استفاده می‌کنند که سلول‌های داخلی آن از طریق فرآیند آب‌بندی گرما محصور شده‌اند. با توجه به انعطاف پذیری بیشتر مواد بسته بندی، می توان به طرح های اندازه انعطاف پذیرتری دست یافت که مزایای خاصی را در زمینه سبک وزن ارائه می دهد.

 

 

 

باتری‌های منشوری با روکش آلومینیومی{0}}در شرایط عملیاتی معمولی محافظت مکانیکی بالایی ارائه می‌کنند و به طور موثر در برابر ضربه‌های خارجی و فشرده‌سازی مقاومت می‌کنند. بنابراین، آنها به طور گسترده در جعبه های آلومینیومی برای باتری های خودرو و سیستم های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ استفاده می شوند.

 

هنگامی که فشار داخلی به دلیل شارژ/تخلیه، تغییرات دما یا تولید گاز افزایش می‌یابد، ساختار پوشش آلومینیومی ممکن است انبساط جزئی نشان دهد. در شرایط سخت، یک شیر اطمینان فعال می شود تا فشار داخلی را آزاد کند و در نتیجه خطر را کاهش دهد.

 

در مقابل، باتری‌های کیسه‌ای، به دلیل پوشش پلاستیکی پلاستیکی{0}آلومینیوم، معمولاً با افزایش فشار داخلی، برآمده می‌شوند. مکانیسم آزادسازی فشار آنها نسبتاً ملایم است و احتمال پارگی پوشش را کاهش می‌دهد، بنابراین توجه را در برخی از لوازم الکترونیکی مصرفی و کاربردهای سبک به خود جلب می‌کند.

 

 

عملکرد باتری‌های لیتیوم{1} در دمای پایین عمدتاً تحت تأثیر سیستم الکترولیت و مواد است، اما روش بسته‌بندی نیز تأثیر خاصی بر عملکرد دارد.

 

باتری‌های منشوری با محفظه آلومینیومی سنتی به‌طور گسترده در کیس‌های آلومینیومی برای محلول‌های بسته باتری لیتیوم EV استفاده می‌شوند و پایداری ساختاری خوبی را در محیط‌های با دمای پایین- حفظ می‌کنند. با این حال، با کاهش دما، مقاومت داخلی باتری افزایش می‌یابد که منجر به کاهش ظرفیت تخلیه می‌شود-یک مشکل رایج که همه باتری‌های لیتیوم مایع با آن مواجه هستند.

 

باتری‌های کیسه‌ای، به دلیل طراحی ساختاری انعطاف‌پذیرتر، امکان طرح‌های شکل‌های متنوع را فراهم می‌کنند و استفاده از ظرفیت را در فضای محدود بهبود می‌بخشند و به آنها در کاربردهای{0}}انرژی{1} بالا مزیت می‌دهند.

 

 

در شرایط حجمی یکسان، باتری‌های کیسه‌ای معمولاً سبک‌تر از باتری‌های{0}}آلومینیومی هستند زیرا مواد بسته‌بندی آن‌ها سبک‌تر بوده و حاوی نسبت کمتری از مواد غیرفعال است.

 

از منظر ساختاری، در حالی که باتری‌های منشوری با استفاده از کیس‌های آلومینیومی باتری LFP وزن بدنه را افزایش می‌دهند، حفاظت مکانیکی و قابلیت اطمینان سیستم بهتری را ارائه می‌دهند، بنابراین جایگاه مهمی در باتری‌های نیرو و ذخیره انرژی حفظ می‌کنند.

 

باتری‌های کیسه‌ای می‌توانند میزان استفاده از حجم و چگالی انرژی وزنی را بیشتر بهبود بخشند، و مزایایی را برای محصولاتی که محدوده و طراحی سبک وزن را در اولویت قرار می‌دهند، ارائه می‌کنند.

 

 

زنجیره فعلی صنعت باتری‌های منشوری با روکش آلومینیومی-بسیار بالغ است و مواد، تجهیزات و فرآیندهای مرتبط به تولید-در مقیاس بزرگ می‌رسند.

 

به عنوان مثال، پوشش باتری مورد استفاده در قاب آلومینیومی برای بسته‌های باتری لیتیومی پاوروال دارای یک زنجیره تامین کامل است که در نتیجه هزینه‌های کلی تولید نسبتاً پایینی دارد. علاوه بر این، ساختار پوشش آلومینیومی تولید خودکار و مونتاژ بسته را تسهیل می کند و ثبات تولید و قابلیت اطمینان محصول را بهبود می بخشد.

 

از سوی دیگر، باتری‌های بسته{0} نرم، نیازمندی‌های بالاتری برای مواد آلومینیومی-پلاستیکی، فرآیندهای کپسول‌سازی و محیط‌های تولید هستند که منجر به دشواری تولید و هزینه‌های مواد بیشتر می‌شود. بنابراین، هزینه کلی تولید آنها معمولاً بیشتر از محلول‌های{3}}آلومینیوم است.

 

 

باتری‌های منشوری{0}}آلومینیوم دارای ویژگی‌های زیر هستند:

استحکام کپسولاسیون بالا و پایداری ساختاری؛
ظرفیت تک سلولی بزرگ-که یکپارچه سازی سیستم را تسهیل می کند.
طراحی مدیریت حرارتی بالغ؛
آسان برای استاندارد کردن تولید؛ به طور گسترده در قاب آلومینیومی برای بسته های باتری خودرو LiFePO4 و سیستم های ذخیره انرژی استفاده می شود.

 

با این حال، آنها همچنین محدودیت های خاصی دارند:

بسیاری از مشخصات و مدل های محصول؛
مشکل در یکسان سازی استانداردهای اتوماسیون؛
سازگاری کم بین تولید کنندگان مختلف.
پیچیدگی بالاتر در طراحی بسته باتری.

 

 

مزایای اصلی باتری‌های بسته- نرم عبارتند از:

 

وزن سبک تر؛
استفاده از حجم بالاتر؛
آزادی طراحی بیشتر؛
توزیع نسبتاً یکنواخت گرما؛
مناسب برای طرح های سبک وزن.

محدودیت های آنها عمدتاً در موارد زیر منعکس می شود:

حفاظت خارجی ضعیف؛
وابستگی بیشتر به ساختار ماژول؛
الزامات دقیق حمل و نقل و مونتاژ؛

نیاز به طراحی پشتیبانی مکانیکی پیچیده‌تر در طول استفاده طولانی‌مدت-.

 

 

در سال های اخیر، با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید و صنایع ذخیره انرژی، باتری های منشوری به تدریج به راه حل اصلی در بازار تبدیل شده اند.

 

در زمینه وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های باتری نیرو با استفاده از قاب آلومینیومی برای بسته باتری EV Electric Bus LiFePO4 و قاب آلومینیومی برای بسته باتری خودرو موتور الکتریکی Lifepo4 به دلیل ساختار قابل اعتماد و نگهداری راحت به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

در بازار -خودروی دوچرخ و برق سبک{1}}، تقاضا برای قاب‌های آلومینیومی برای بسته باتری دوچرخه برقی و قاب آلومینیومی برای بسته باتری دوچرخه‌های برقی لی-یونی{3}}محصولات مرتبط همچنان رو به رشد است و تقاضاهای بالاتری را برای وزن سبک و ایمنی باتری ایجاد می‌کند.

 

در همین حال، بازار ذخیره‌سازی انرژی نیز رشد سریع تقاضا برای اجزای ساختاری مانند پوسته‌های آلومینیومی برای سلول‌های باتری لیتیوم آهن فسفات، سلول‌های منشوری LFP و پوسته‌های آلومینیومی سلول لیتیومی را تجربه می‌کند.

 

 

 

باتری‌های منشوری با روکش آلومینیومی{0}}و باتری‌های منشوری کیسه‌ای دو جهت توسعه متفاوت را نشان می‌دهند. سازه های آلومینیومی{2}}، با استحکام مکانیکی بالا، فرآیندهای تولید بالغ، و قابلیت اطمینان سیستم عالی، به طور گسترده در باتری های برق و ذخیره انرژی استفاده می شوند.

 

از سوی دیگر، سازه‌های کیسه‌ای به مزایای سبک وزن و چگالی انرژی بالا خود متکی هستند و موقعیت مهمی را در برخی از سناریوهای کاربردی{0}بالا اشغال می‌کنند.

 

در آینده، با پیشرفت‌های مستمر در فناوری مواد، طراحی ساختاری و فرآیندهای ساخت، چه پوسته‌های آلومینیومی باتری سلول لیتیومی،پوسته های آلومینیومی سلول لیتیوم آهنیا فناوری‌های جدید بسته‌بندی باتری، همگی صنعت انرژی جدید را به سمت ایمنی بالاتر، تراکم انرژی بالاتر و طول عمر بیشتر سوق خواهند داد.