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三大锂离子电池形式因素：圆柱形，棱柱形和袋

10月14日，2020年经过史蒂夫·阿拉尔

随着锂离子电池需求不断上升，重要的是要刷新这款电池的三个主要形状因素。

最近，我们讨论过2020年锂离子电池的状态。这一领域最近的发展之一来自特斯拉电池日一个镇压电池单元埃隆麝香，称为“突破”与锂离子电池的三种传统形式因素相比：圆柱形，棱柱形和袋类型。

袋细胞（左）圆柱形电池（中心）和棱柱形细胞（右）

每种电池类型提供一系列优点和缺点。没有明确的赢家，但您选择的电池可能以几种不同的方式影响产品的设计。例如，这些电池形状因子中的每一个可以具有不同的温度分布和传热模型。

良好地理解电池热产生和转移需要设计有效的电池热管理（BTM）系统;BTM包括加热和冷却系统，使电池温度保持在所需范围内。在本文中，我们将看看每种电池格式的重要功能。

圆柱形电池由片状阳极，隔板和夹在一起的阴极和阴极组成，卷起并填充到圆柱形的罐中。这种类型是第一种批量生产类型的电池之一，仍然非常流行。

这些细胞适用于自动化制造。另一个优点是机械稳定性。电池的圆形形状几乎均匀地将内部压力从细胞周围的副反应分布。这允许细胞能够容忍更高水平的内部压力而不变形。

当将圆柱形电池组合成包装和模块时，电池的圆形横截面不允许我们充分利用可用空间。结果，圆柱形电池的包装密度低。然而，一包圆柱形电池的热管理可以更容易，因为空间腔使冷却剂容易围绕电池组内的电池循环。

圆柱形电池的包装原理（左）与棱柱和袋细胞的包装原理

下面显示了1c和SoC = 0.1的放电率下锂离子电池的温度分布：

如您所见，与细胞表面相比，电池的内部部分处于较高的温度。在该特定示例中，温度差不显着。然而，利用高容量的电池，从细胞中心到外部的低热量可以构成严重的挑战。

就尺寸而言，圆柱形电池通常以标准型号生产。一种常见尺寸为18650型（直径为18毫米，65毫米）。这种类型的总质量约为45克，并且可以根据所采用的技术支持约1.2至3 AH的容量。

圆柱形电池通常在医疗器械，笔记本电脑，电子骑自行车和电动工具中找到。这些电池也用于特斯拉车辆。其他EV厂商采用棱柱形细胞。

锂离子棱柱形电池由大量的阳极阳极，阴极和夹在一起，卷起，并按压以以立方体形式装入金属或硬塑料壳体。电极也可以通过层堆叠而不是果冻轧制组装。

锂离子棱镜细胞的结构

靠近集装箱角线的棱镜电池的电极和隔板的部分可以体验更多的压力。这可以损坏电极涂层并导致电解质的不均匀分布。

当将棱柱电池组合成包装时，电池盒状形状使得能够最佳地使用可用空间。然而，这种最佳空间是以更具挑战性热管理的成本实现的。这是因为在细胞之间没有空间腔，因为存在一组圆柱形电池。

棱镜电池制造，具有从靶向笔记本电脑和手机的几个Ampere-HOME到数百小时为EV应用而设计的数量的容量。棱镜电池可以更昂贵的制造。此外，它们可以使用使用。

虽然它们在肿胀中遭受的损失而不是袋细胞，但它们在这方面没有执行以及圆柱形电池。

袋细胞没有刚性外壳，并使用密封的柔性箔作为电池容器。这是一种对包装的稍微简约的方法;它减少了体重并导致柔性细胞，可以容易地符合给定产品的可用空间。

由于充电和放电期间气体产生，膨胀袋电池

袋细胞的电极和分离层堆叠而不是果冻滚动。使用袋细胞，设计师应为细胞膨胀分配足够的空间。500次循环后可能发生多达8％至10％的肿胀。

由于电池的软结构，袋细胞需要支撑结构，并且电池不应放置在锋利的边缘附近。

锂离子电池将继续普及，特别是随着电动汽车变得更加普遍存在。事实上，路透社最近报告说丰田和松下正在组建大规模生产锂离子电池对于混合动力汽车，从2022年开始宣布西部植物的计划。

随着这种需求升高，工程师熟悉锂离子电池的三种常见形式因素 - 圆柱形，棱柱和小袋，并保持最新的锂离子电池 - 例如，就像今年特斯拉电池日宣布的那些。