隨著鋰離子電池的需求不斷增長(zhǎng)，重要的是要弄清該電池的三個(gè)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(lái)自特斯拉電池節(jié)，其臺(tái)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(duì)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(diǎn)和缺點(diǎn)。沒(méi)有明顯的贏家，但是您選擇的電池會(huì)以幾種不同的方式影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。例如，這些電池形狀因子中的每一個(gè)都可以具有不同的溫度分布和熱傳遞模型。

設(shè)計(jì)高效的電池?zé)峁芾恚˙TM）系統(tǒng)需要對(duì)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(yáng)極，隔板和陰極組成，它們被夾在中間，卷起來(lái)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(dòng)化制造。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械穩(wěn)定性。電池的圓形形狀將來(lái)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(gè)圓周上。這使電池能夠承受更高水平的內(nèi)部壓力而不會(huì)變形。當(dāng)將圓柱形電池組合成電池組和模塊時(shí)，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(huì)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(shí)的鋰離子電池的溫度分布如下所示：

如您所見(jiàn)，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(duì)于高容量的電池，從電池中心到外部的低熱量傳遞會(huì)帶來(lái)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(jiàn)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(dá)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(dòng)自行車和電動(dòng)工具中。這些電池也用在特斯拉汽車中。其他電動(dòng)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(yáng)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(guò)層堆疊而不是果凍卷來(lái)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(huì)承受更大的應(yīng)力。這會(huì)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(shí)，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(jià)實(shí)現(xiàn)了最佳空間。這是因?yàn)樵陔姵貑卧g沒(méi)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(duì)筆記本電腦和手機(jī)的幾安培小時(shí)到為電動(dòng)汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)百安培小時(shí)。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(kuò)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(méi)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(diǎn)簡(jiǎn)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(guò)程中會(huì)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(duì)于袋式電池，設(shè)計(jì)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(huì)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(dòng)汽車的普及。實(shí)際上，據(jù)路透社最近報(bào)道，豐田和松下正聯(lián)手大規(guī)模生產(chǎn)用于混合動(dòng)力汽車的鋰離子電池，宣布計(jì)劃于2022年在日本西部建立一座工廠。

隨著需求的不斷增長(zhǎng)，工程師必須熟悉鋰離子電池的三種常見(jiàn)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。

編輯：jq