Batterie enroulée ou empilée - avantages et inconvénients

À l'heure actuelle, la planification des futurs produits des principales entreprises mondiales de batteries, telles que entreprises de batteries d'énergie dans le monde passe progressivement à l'empilage de piles. Cet article présente principalement Batterie de bobinage et batterie d'empilage pour en connaître les avantages et les inconvénients.

Qu'est-ce qu'une batterie d'enroulement et d'empilage ?

La structure d'enroulement consiste à enrouler la feuille de cathode, le séparateur, la feuille d'anode et le séparateur de la batterie ensemble comme un chewing-gum à travers l'enroulement d'une aiguille d'enroulement fixe, et à les extruder en une forme cylindrique ou elliptique, cylindrique ou carrée.

Le noyau électrique enroulé peut former un enroulement cylindrique à coque dure et un enroulement carré. Les batteries à enroulement cylindrique représentent les cellules cylindriques de Tesla, les cellules 18650, 21700 et 4680. Le noyau électrique à enroulement carré est l'autre noyau électrique couramment utilisé par la plupart des constructeurs automobiles.

La structure d'empilage consiste à découper les morceaux de pôles d'anode et de cathode à la taille requise, puis à empiler les morceaux de pôles de cathode, le séparateur et les morceaux de pôles d'anode dans un monomère de petite cellule, et enfin à empiler le monomère de petite cellule en parallèle pour former un module de batterie.

Batterie enroulée ou empilée

Avantages de la batterie à enroulement

Les avantages du processus d'enroulement par rapport à l'empilage résident principalement dans le faible coût de traitement, la haute efficacité et la haute qualité.

● Soudage par points facile. Chaque pile au lithium n'a besoin que de deux points de soudure, ce qui est facile à contrôler.

● Contrôle simple de la production. Une batterie au lithium possède deux pièces polaires pour un contrôle facile. Le bobinage des cylindres existe depuis longtemps sur le marché, avec une technologie mature et une bonne cohérence.

● Découpage pratique. Chaque cellule ne nécessite qu'un seul découpage pour les pôles de la cathode et de l'anode, ce qui est moins difficile et offre un rendement élevé.

Inconvénients de la batterie à enroulement

Par rapport à l'empilage, la difficulté de l'enroulement de la cellule réside dans la bavure des deux bords de coupe, l'alignement des deux côtés et le contrôle de la tension de l'enroulement.

● Résistance interne élevée et grande polarisation

Par rapport à la batterie à enroulement ou à empilement, une partie de la tension est consommée par la polarisation interne de la batterie, et les électrodes de la cathode et de l'anode n'ont qu'une seule patte, de sorte que le rapport de charge et de décharge est médiocre.

● Mauvais effet de dissipation de la chaleur

Auparavant, le cylindre de bobinage d'un noyau électrique unique était petit, et la dissipation de la chaleur nécessitait un espacement. Par rapport à la batterie à enroulement et à empilement, le poids du module par unité de volume était grand et carré, ce qui était pratique pour la dissipation de la chaleur, mais la taille était fixe et le coût de re-développement d'un moule personnalisé était élevé.

Les mesures d'isolation thermique entre les noyaux électriques ne sont pas faciles à mettre en œuvre, et un traitement incorrect est susceptible de provoquer une surchauffe locale, ce qui entraînera une propagation incontrôlée de la chaleur ; la résistance interne de la batterie à enroulement d'oreille à pôle complet est faible, ce qui résout le problème de l'échauffement des cellules à haute densité d'énergie, mais la nouvelle technologie présente encore des difficultés de mise en œuvre.

● L'épaisseur de la batterie est difficile à contrôler

La structure interne du noyau électrique étant inégale, l'épaisseur de l'oreille du pôle, l'extrémité du séparateur et les deux côtés du noyau électrique sont facilement inégaux.

Avantages de la pile empilable

Par rapport à l'enroulement et à l'empilage, les avantages du processus d'empilage résident principalement dans les avantages d'un noyau électrique de grande taille.

● Densité de capacité plus élevée. Par rapport à l'enroulement et à l'empilage, la plaque d'électrode s'étend et la puissance de charge et de décharge de l'empilage est meilleure.

● Densité énergétique élevée. Par rapport à la batterie à enroulement et à la batterie à empilement, le taux d'utilité de l'empilement est plus élevé, la surface de la plaque d'électrode chargée est plus grande et la densité énergétique est plus élevée.

● Taille flexible. Il peut être épaissi en fonction de la taille de la pile au lithium. Batteries 18650Il peut également être utilisé comme pile hétérosexuelle.

Inconvénients de la pile empilable

Si l'on compare la batterie à enroulement à la batterie à empilement, l'inconvénient du processus d'empilement réside principalement dans le risque élevé de court-circuit interne.

● Il est facile à souder

Comparaison entre l'enroulement et l'empilage des piles : contrairement au processus d'enroulement, qui ne nécessite que deux arêtes de coupe, le processus d'enroulement est facile à contrôler au niveau des bavures et de l'alignement. La structure d'empilage nécessite quatre arêtes de coupe, ce qui est difficile à contrôler et présente un faible taux de qualification.

● Coût élevé de l'équipement

Un équipement semi-automatique ou entièrement automatique de haute précision est nécessaire pour contrôler le rognage, de sorte que le coût de l'équipement et le coût de la production sont élevés. À l'heure actuelle, l'efficacité des machines de pelliculage chinoises est généralement de l'ordre de 0,8 par puce, ce qui est loin derrière les machines de pelliculage d'autres pays, qui atteignent 0,17 par puce.

Comparaison entre l'enroulement et l'empilage de la batterie, même si des machines de haute précision sont utilisées pour le laminage et l'enroulement, l'enroulement à grande vitesse est plus facile à réaliser à faible coût que l'empilage à grande vitesse.

Résumé

Si l'on compare la batterie à enroulement et la batterie à empilement, le processus d'empilement présente des exigences techniques plus élevées et un coût d'investissement initial plus important. Par rapport à la batterie à enroulement et à la batterie à empilement, la cellule à empilement est couramment utilisée dans la cellule à enveloppe souple et dans la structure de la batterie à lame BYD.

Le noyau mou est enveloppé d'un film plastique en aluminium, qui est flexible en taille, à haute densité énergétique, mais pauvre en résistance mécanique, difficile à sceller, et difficile à rendre la densité énergétique du PACK élevée.

Le CTP de BYD utilise le schéma sans module, dans lequel la cellule de la batterie fait office de module, la coque protectrice du module est retirée, et la batterie de lames elle-même fait office de faisceau de la batterie. Davantage de cellules de batterie sont chargées par unité de volume, ce qui améliore considérablement l'utilisation de l'espace et la densité énergétique du système.

Batteries à enroulement ou à empilement - complémentarité et concurrence à l'avenir

Pour les batteries de puissance, la tendance actuelle est à la grande capacité et au faible coût des cellules de batterie. Si l'on compare le bobinage à l'empilage, le processus d'empilage permet de mieux exploiter les avantages des grands noyaux électriques, qui sont supérieurs au bobinage en termes de sécurité, de densité d'énergie et de contrôle du processus.

À l'avenir, les batteries de stockage d'énergie seront principalement des batteries carrées à empilement. Comparée à la batterie à enroulement et à la batterie à empilement, la batterie à empilement a un potentiel de développement et la dynamique de développement de la batterie à empilement de stockage d'énergie, représentée par la batterie à lame, a commencé à montrer des signes au cours des deux dernières années.

Les données montrent que les batteries empilables carrées 2022H1 ont été expédiées pour plus de 3 kWh sur le marché du stockage de l'énergie, avec un taux de pénétration global d'environ 7%, et qu'elles sont largement utilisées dans les domaines suivants systèmes de stockage de l'énergie pour les ménagesLes projets de stockage d'énergie, industriels et commerciaux, et les projets de stockage d'énergie au niveau du réseau de sources.

En théorie, par rapport à la batterie à enroulement et à la batterie à empilement, la batterie à empilement présente les avantages d'une limite supérieure plus élevée de la densité énergétique volumique, d'une structure interne plus stable et d'une durée de vie plus longue. Elle correspond mieux au processus de production des batteries de grande capacité.

Cependant, il présente des inconvénients tels qu'un coût d'investissement élevé, un faible rendement, une efficacité insuffisante et une grande difficulté de mise en œuvre. La tendance générale est à la grande capacité et au faible coût du noyau électrique, et il est difficile d'équilibrer la densité de compactage et la densité énergétique.

Si la recherche de l'endurance exige une densité énergétique plus élevée, l'épaisseur du revêtement et la densité de compactage doivent être augmentées, afin d'obtenir plus d'électricité pour un même volume.

Le laminage est le processus de compactage le plus couramment utilisé pour les plaques d'électrodes de batteries au lithium. Les plaques d'électrodes recouvertes d'un revêtement granulaire des deux côtés sont envoyées dans l'espace entre les deux rouleaux, et le revêtement est compacté sous la charge linéaire du rouleau.

Dans la production industrielle, la pièce polaire de la batterie au lithium est généralement laminée en continu par la machine à rouleaux. L'objectif du laminage est d'augmenter la densité de compactage du matériau positif, d'augmenter la capacité de décharge de la batterie, de réduire la résistance interne, de réduire la perte de polarisation, de prolonger la durée de vie de la batterie et d'améliorer le taux d'utilisation de la batterie au lithium-ion.

Cependant, si vous voulez charger et décharger rapidement et améliorer la puissance de la batterie, vous ne devez pas appuyer trop fort, et la densité de compactage doit être faible pour fournir un canal mobile plus rapide pour les ions lithium.

Dans un souci de sécurité élevée, plus le film isolant du noyau électrique est épais, mieux c'est, afin d'éviter les courts-circuits internes du noyau électrique et d'améliorer la sécurité. Toutefois, plus le film isolant est épais, plus la densité énergétique et la puissance sont faibles.

Avec la maturité du processus d'empilage et l'amélioration de l'efficacité des machines et des équipements, les problèmes de faible efficacité et de coût élevé de la technologie des batteries à empilage peuvent être résolus. Le résultat du bobinage par rapport à l'empilage est qu'ils formeront un modèle de concurrence complémentaire.