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鋰離子電池的三個主要外形尺寸：圓柱形，棱柱形和袋形

2021-03-12 08:30:10·  來源：汽車電子硬件設(shè)計  作者：booksoser  
　
隨著鋰離子電池的需求不斷增長，重要的是要弄清該電池的三個主要外形尺寸。 最近，我們討論了2020年鋰離子電池的現(xiàn)狀。該領(lǐng)域的最新發(fā)展之一來自特斯拉電池節(jié)，其臺式電池Elon Musk被稱為“突破”，這與鋰離子電池的三種傳統(tǒng)形狀因素形成了鮮明對比：圓柱形，
隨著鋰離子電池的需求不斷增長，重要的是要弄清該電池的三個主要外形尺寸。
最近，我們討論了2020年鋰離子電池的現(xiàn)狀。該領(lǐng)域的最新發(fā)展之一來自特斯拉電池節(jié)，其臺式電池Elon Musk被稱為“突破”，這與鋰離子電池的三種傳統(tǒng)形狀因素形成了鮮明對比：圓柱形，棱柱形和袋形。
袋式隔室（左），圓柱形隔室（中）和棱柱形隔室（右）。
這些電池類型中的每一種都具有一系列優(yōu)點和缺點。沒有明顯的贏家，但是您選擇的電池會以幾種不同的方式影響產(chǎn)品的設(shè)計。例如，這些電池形狀因子中的每一個都可以具有不同的溫度分布和熱傳遞模型。
設(shè)計高效的電池?zé)峁芾恚˙TM）系統(tǒng)需要對電池的熱量產(chǎn)生和傳遞有充分的了解；BTM由加熱和冷卻系統(tǒng)組成，可將電池溫度保持在所需范圍內(nèi)。在本文中，我們將研究每種電池格式的重要功能。
圓柱Cell
圓柱形電池由片狀的陽極，隔板和陰極組成，它們被夾在中間，卷起來并包裝成圓柱形罐。這種類型是最早批量生產(chǎn)的電池之一，并且仍然很受歡迎。這些單元適用于自動化制造。另一個優(yōu)點是機械穩(wěn)定性。電池的圓形形狀將來自副反應(yīng)的內(nèi)部壓力幾乎均勻地分布在電池單元的整個圓周上。這使電池能夠承受更高水平的內(nèi)部壓力而不會變形。當(dāng)將圓柱形電池組合成電池組和模塊時，電池的圓形橫截面不允許我們充分利用可用空間。結(jié)果，圓柱形電池的包裝密度低。然而，由于空間空腔使冷卻劑容易在電池組內(nèi)的電池周圍循環(huán)，因此一組圓柱形電池組的熱管理會更容易。
圓柱形電池的包裝原理（左）與棱柱形和袋式電池的包裝原理（右）。
放電速率為1 C且SOC = 0.1時的鋰離子電池的溫度分布如下所示：
 
如您所見，與電池表面相比，電池內(nèi)部的溫度更高。在該特定示例中，溫度差不明顯。但是，對于高容量的電池，從電池中心到外部的低熱量傳遞會帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。就尺寸而言，通常以標(biāo)準(zhǔn)模型生產(chǎn)圓柱形電池。一種常見的尺寸是18650型（直徑18毫米，高度65毫米）。這種類型的總質(zhì)量約為45克，根據(jù)所采用的技術(shù)，其容量可達到約1.2至3 Ah。
圓柱形Cell通常出現(xiàn)在醫(yī)療儀器，筆記本電腦，電動自行車和電動工具中。這些電池也用在特斯拉汽車中。其他電動汽車制造商采用棱柱形電池。
棱柱形Cell
鋰離子方形電池由大片陽極，陰極和隔板夾在中間，卷起并壓制成立方體形狀的金屬或硬塑料外殼。電極也可以通過層堆疊而不是果凍卷來組裝。
鋰離子棱柱形電池的結(jié)構(gòu)。
棱柱形電池的電極板和分隔板靠近容器角的部分可能會承受更大的應(yīng)力。這會損壞電極涂層并導(dǎo)致電解質(zhì)的不均勻分布。將棱柱形電池組合成包裝時，電池盒狀的形狀可以最佳利用可用空間。但是，以更具挑戰(zhàn)性的熱管理為代價實現(xiàn)了最佳空間。這是因為在電池單元之間沒有像一堆圓柱形電池單元中那樣存在空間空腔。
棱柱形電池的生產(chǎn)能力范圍從針對筆記本電腦和手機的幾安培小時到為電動汽車應(yīng)用設(shè)計的數(shù)百安培小時。棱柱形電池的制造成本可能更高。此外，它們可以隨著使用而擴展。
盡管它們比袋狀Cell受腫脹的影響要小，但在這方面它們的性能不如圓柱狀Cell。
袋式電池
袋式電池沒有剛性外殼，并使用密封的柔性箔紙作為電池容器。這是一種有點簡約的包裝方法。它減輕了重量，并形成了可以輕松適應(yīng)給定產(chǎn)品可用空間的柔性單元。
袋裝電池在充電和放電過程中會因氣體膨脹。
袋式電池的電極層和分隔層是堆疊的，而不是果凍卷的。對于袋式電池，設(shè)計人員應(yīng)為電池膨脹分配足夠的空間。500次循環(huán)后可能會發(fā)生8％至10％的膨脹。由于隔室的柔軟結(jié)構(gòu)，需要采用袋狀隔室的支撐結(jié)構(gòu)，且隔室不應(yīng)放置在鋒利的邊緣附近。
鋰離子電池日益普及和創(chuàng)新
鋰離子電池將繼續(xù)普及，特別是隨著電動汽車的普及。實際上，據(jù)路透社最近報道，豐田和松下正聯(lián)手大規(guī)模生產(chǎn)用于混合動力汽車的鋰離子電池，宣布計劃于2022年在日本西部建立一座工廠。
隨著需求的不斷增長，工程師必須熟悉鋰離子電池的三種常見形狀（圓柱形，方形和袋形），并緊跟鋰離子電池的最新更新，例如，就像今年在特斯拉電池節(jié)上宣布的那樣。
 
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