در این مقاله در مورد سلولهای باتری لیتیومی سه تایی، سه فاکتور شکلی مختلف-اسوانهای، منشوری و کیسهای-و مناسب بودن آنها برای سناریوهای کاربردی مختلف را بررسی خواهیم کرد.
1. سلول باتری لیتیومی سه تایی استوانه ای
سلول های باتری لیتیومی سه تایی استوانه ای یک عامل رایج شکل باتری هستند که با قطر و ارتفاع ثابت مشخص می شود. این سلول ها دارای ساختار ساده ای هستند که تولید و کاربرد انبوه را تسهیل می کند. آنها به دلیل عملکرد پایدار و هزینههای متوسط، در بخشهایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و ابزارهای برقی بسیار مورد علاقه هستند.
2. سلول باتری لیتیومی سه تایی منشوری
برخلاف سلولهای استوانهای، سلولهای باتری لیتیومی سه تایی منشوری دارای ابعاد و شکلهای انعطافپذیر هستند. این سلولها را میتوان برای برآورده کردن نیازهای کاربردی خاص، مطابق با نیازهای مختلف برای فضا و ظرفیت، سفارشی کرد. سلول های باتری لیتیومی سه تایی منشوری در بخش هایی مانند سیستم های ذخیره انرژی و منابع تغذیه پشتیبان به دلیل چگالی انرژی استثنایی و سازگاری بسیار مورد توجه قرار می گیرند.
3. کیسه-نوع سلول باتری لیتیومی سه تایی
سلولهای باتری لیتیومی سهتایی کیسهای-به دلیل ماهیت سبک، باریک و انعطافپذیرشان متمایز هستند. این سلولها که در فیلم پلاستیکی{2}آلومینیوم قرار دارند، سبک و بادوام هستند، در حالی که مقاومت داخلی پایین و عملکرد تخلیه عالی را نیز ارائه میدهند. آنها به یک انتخاب ایده آل برای برنامه هایی تبدیل شده اند که هم به طراحی سبک وزن و هم عملکرد بالا نیاز دارند، مانند وسایل الکترونیکی مصرفی و هواپیماهای بدون سرنشین.
4. مروری بر سلول های باتری لیتیوم سه تایی
به عنوان یک نوع باتری لیتیومی، سلول های باتری لیتیومی سه تایی به لطف ویژگی های منحصر به فرد خود جایگاه قابل توجهی در بازار به دست آورده اند. با ترکیب چگالی انرژی بالای مواد سه تایی با ویژگی های عملکرد عالی باتری های لیتیومی، آنها به طور گسترده در کاربردهایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند. ایمنی، سرعت شارژ و عمر مفید آنها توجه و شناسایی گستردهای را به خود جلب کرده است.
باتریهای لیتیوم NCM (نیکل{{0}کبالت- منگنز) به دلیل عملکرد فوقالعاده در چگالی انرژی، عمر چرخه و ایمنی، به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی استفاده میشوند. این سلولهای باتری عمدتاً به سه شکل-استوانهای، منشوری، و کیسهای- هستند که هر شکل ویژگیهای عملکردی منحصربهفردی را ارائه میدهد.

سلول های استوانه ای، رایج ترین شکل سلول های باتری NCM، به دلیل اندازه جمع و جور، وزن سبک و ایمنی عالی بسیار مورد تحسین قرار گرفته اند. طراحی استاندارد آنها سفارشیسازی اندازههای مختلف غیر استاندارد-را تسهیل میکند، در حالی که فرآیندهای تولید بالغ سازگاری بالا بین سلولها را تضمین میکند. در طول فرآیند مونتاژ بسته باتری، سلولهای استوانهای اتلاف حرارت عالی را نشان میدهند و از تولید بسیار خودکار پشتیبانی میکنند. با این حال، به دلیل محدودیتهایی که در فناوری زبانه وجود دارد، عملکرد تخلیه با سرعت بالای آنها کمی پایینتر از سلولهای منشوری با چندین زبانه است و فلات ولتاژ تخلیه آنها تا حدودی پایینتر است. ساخت باتریهای با ظرفیت{6} بالا با استفاده از سلولهای استوانهای به تعداد زیادی اتصالات سری و موازی نیاز دارد که به ناچار پیچیدگی ساخت را افزایش میدهد.
سلول های منشوری به دلیل چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی مورد علاقه هستند، و آنها را به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم های ذخیره انرژی که نیاز به چگالی انرژی بالایی دارند، مناسب می کند. سلولهای منشوری که با استفاده از فرآیند لایهبندی تولید میشوند، مقاومت داخلی پایینی از خود نشان میدهند و از تخلیه{1} جریان بالا پایدار پشتیبانی میکنند. در مقایسه با سلول های کیسه ای، آنها محافظت ساختاری داخلی را به طور قابل توجهی افزایش می دهند. با این حال، شایان ذکر است که سلول های منشوری دارای ابعاد فردی بزرگ هستند که منجر به دمای داخلی بالاتر در هنگام تخلیه می شود. علاوه بر این، لبههای ورقهای الکترود فعالیت الکتروشیمیایی کمتری را نشان میدهند، که میتواند منجر به کاهش قابل توجه عملکرد در استفاده طولانی مدت شود. علاوه بر این، عدم وجود ابعاد استاندارد آنها تطبیق پذیری را محدود می کند و ناهماهنگی در فرآیند لایه بندی می تواند منجر به تغییرات در عملکرد بین سلول ها شود.
سلولهای کیسهای به دلیل انعطافپذیری و سازگاری شکل، ارزشمند هستند، و آنها را برای کاربردهای تخصصی وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی مناسب میسازد. این سلولها معمولاً در لایههای آلومینیومی{1}}پلاستیکی با ساختار کامپوزیتی چند لایه قرار میگیرند، این سلولها امکان تغییر شکل قابل توجهی را در عین دستیابی به حداقل وزن فراهم میکنند. با این حال، فرآیند تولید سلولهای کیسهای سخت است، که تا حدی ظرفیت آنها را برای تولید انبوه محدود میکند. به طور خلاصه، شکل سلول های باتری لیتیومی سه تایی به طور قابل توجهی بر عملکرد و سناریوهای کاربردی آنها تأثیر می گذارد. هنگام انتخاب سلول ها، ضروری است که به طور جامع الزامات و سناریوهای کاربردی خاص را برای دستیابی به عملکرد و نتایج بهینه در نظر بگیرید.
5. مشخصات رایج برای سلول های باتری لیتیوم سه تایی
در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی، باتری های لیتیومی سه تایی به دلیل چگالی انرژی استثنایی، عمر چرخه و عملکرد ایمنی بسیار مورد توجه قرار می گیرند. این باتریها در قالبهای سلولی مختلف-معمولاً استوانهای، منشوری، و کیسهای- عرضه میشوند که هر کدام ویژگیها و مزایای منحصربهفردی را ارائه میکنند. به عنوان مثال، سلول های استوانه ای به دلیل اندازه جمع و جور، وزن سبک و ایمنی عالی ستایش می شوند. سلول های منشوری به دلیل چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی مورد علاقه هستند. سلولهای کیسهای به دلیل انعطافپذیری و قالبپذیری آنها ارزشمند هستند و برای کاربردهای تخصصی مناسب هستند. هنگام انتخاب سلول های باتری، درک مزایا و معایب هر نوع و در نظر گرفتن الزامات کاربردی خاص و موارد استفاده بسیار مهم است.
در ادامه به بررسی بیشتر مشخصات باتری های لیتیومی سه تایی می پردازیم. با در نظر گرفتن باتری لیتیومی سهتایی A{{1}Ah، این نوع باتری لیتیوم-به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی و برنامههای ذخیرهسازی انرژی استفاده میشود. مشخصات و ویژگی های عملکرد آن برای عملکرد کلی و اثربخشی عملیاتی باتری بسیار مهم است.
① سلول های استوانه ای
سلول های استوانه ای شکل رایج برای باتری های لیتیومی سه تایی هستند. آنها در مشخصات مختلف و دارای ویژگی های منحصر به فرد هستند.
18650 سلول های سه گانه
سلول سه تایی 18650 معمولاً محدوده ظرفیت 1000 میلی آمپر تا 3500 میلی آمپر ساعت را ارائه می دهد. این سلول ها با توجه به مشخصات متنوعی که دارند برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب هستند و اغلب در دستگاه های روزمره مانند پاور بانک ها و اسباب بازی های برقی یافت می شوند. ویژگی های قابل توجه آنها شامل ظرفیت فردی قابل توجه همراه با جریان تخلیه نسبتاً ثابت است که آنها را برای برنامه هایی با تقاضای جریان پایین بسیار مناسب-می سازد.
در مورد بسته بندی، 18650 سلول سه تایی معمولاً دارای یک پوشش فولادی برای حفظ ساختار استوانه ای خود هستند. این طراحی آنها را به گزینه ای ایده آل برای محصولات قابل حمل مانند پاوربانک های سبک تبدیل می کند. با این حال، کیفیت باتری نامرغوب می تواند منجر به خطرات ایمنی از جمله خطر انفجار شود.
2. سلول سه تایی 21700
سلول سه تایی 21700 دارای قطر 21 میلی متر و طول 70 میلی متر، وزن تقریباً 68 گرم و محدوده ظرفیت 4000 تا 5000 میلی آمپر ساعت است. به عنوان مثال، سلول 21700-6000 میلی آمپر ساعتی تولید شده توسط باتری greatech دارای ظرفیت 6000 میلی آمپر ساعت است که در عین دستیابی به افزایش 20 درصدی در چگالی انرژی، رکورد جدیدی را برای ظرفیت سلول به ثبت می رساند.
سلولهای 21700 در برنامههایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و ابزارهای برقی{1} با کارایی بالا (مثلاً متههای برقی) نقش اساسی دارند که نشاندهنده روند قابل توجهی در بخش باتریهای نیرو است.
بعد، اجازه دهید سلول سه تایی 32650 را در نظر بگیریم. این سلولها معمولاً ظرفیتهای 4500 میلیآمپر ساعتی تا 6500 میلیآمپر ساعت را ارائه میکنند که نوع 5000 میلیآمپر ساعتی رایجترین آنهاست. آنها تقریباً 32 میلی متر قطر و 65 میلی متر طول دارند و ولتاژ استاندارد 3.2 ولت دارند.
32650 سلول سه تایی به لطف قابلیتهای تخلیه پیوسته عالی، اجزای حیاتی در اسباببازیهای الکتریکی، منابع تغذیه پشتیبان، باتریهای UPS و سیستمهای تولید برق هیبریدی خورشیدی{1}بادی یا بادی هستند. بهعلاوه، مدلهای سلول سهتایی دیگر-مانند 14430، 14500، 16650، 18350 و 18500{11}}وجود دارند که هر کدام ظرفیتها و مناسب بودن برنامههای کاربردی متفاوتی را ارائه میدهند. به عنوان مثال، 14500 سلول در مشخصات مختلفی مانند 500 میلی آمپر ساعت، 800 میلی آمپر ساعت و 1000 میلی آمپر ساعت هستند و معمولاً در لوازم الکترونیکی مصرفی یافت می شوند. با ظرفیتهای بین 2000 میلیآمپر ساعت تا 2800 میلیآمپر ساعت و توانایی ارائه جریانهای تخلیه بالا، برای دستگاههایی که به قدرت قابل توجهی مانند ابزارهای برقی نیاز دارند، ایدهآل هستند.
قرارداد نامگذاری برای ابعاد سلول منشوری از قوانین خاصی پیروی می کند: یک دنباله شش رقمی ضخامت، عرض و ارتفاع را نشان می دهد که همه در میلی متر اندازه گیری می شوند. اگر هر یک از ابعاد سهگانه به 100 میلیمتر برسد یا از آن بیشتر شود، یک اسلش برای جدا کردن مقادیر وارد میشود. برعکس، اگر یک بعد کمتر از 1 میلی متر باشد، حرف "t" پیشوند داده می شود تا اندازه گیری را بر حسب دهم میلی متر نشان دهد.
سلول های منشوری به طور گسترده در بخش های مختلف، از جمله نیروی محرکه و ذخیره انرژی، روباتیک، و سیستم های پشتیبان اضطراری استفاده می شوند. آنها از فرآیند لایهبندی (انباشتگی) استفاده میکنند که مقاومت داخلی را کاهش میدهد و در نتیجه از تخلیه جریان بالا{1} مداوم پشتیبانی میکند. در مقایسه با سلول های کیسه ای منشوری، این طراحی حفاظت ساختاری داخلی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. با این حال، سلولهای منشوری دارای اشکالات خاصی هستند: اندازه بزرگ سلولهای منفرد میتواند منجر به افزایش دما در پشته الکترود در هنگام تخلیه جریان بالا شود. لبههای ورقهای الکترود فعالیت الکتروشیمیایی کمتری را نشان میدهند، که ممکن است باعث کاهش قابل توجه عملکرد در استفاده طولانی مدت شود. و تغییرات در ابعاد و ناهماهنگی در فرآیند لمینیت منجر به تعویض ضعیف می شود.
③ سلول های کیسه ای
سلول های کیسه ای به دلیل انعطاف پذیری و قالب پذیری استثنایی خود مشهور هستند. با استفاده از بستهبندی آلومینیومی{1}}پلاستیکی و طراحی ساختاری لایهای{2}}، آنها نه تنها عملکرد ایمنی را افزایش میدهند، بلکه ویژگیهای خروجی توان عالی را نیز ارائه میدهند. علاوه بر این، ابعاد آنها بسیار منعطف و به راحتی قابل انطباق است و به آنها اجازه می دهد تا نیازهای سفارشی سازی خاص مشتری را برآورده کنند.
سلول های کیسه ای در کاربردهای تخصصی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم های ذخیره انرژی برتری دارند. در مقایسه با باتریهای سخت-مزایایی-از جمله انعطافپذیری طراحی، وزن سبک، مقاومت داخلی کم، ایمنی بالا، عمر چرخه طولانی و چگالی انرژی بالا ارائه میشوند. این ویژگیها به طور موثری چگالی انرژی بستههای باتری نیرو را افزایش میدهند و در نتیجه فاصله بین خودروهای الکتریکی و خودروهای موتور احتراق داخلی را کاهش میدهند.
با این حال، باتری های کیسه ای نیز با چالش های خاصی روبرو هستند. اول، زنجیره تامین نیاز به بلوغ بیشتر دارد. اتکا به کانال های محدود منبع برای مواد اولیه خاص و تجهیزات تولید، کارایی تولید و کنترل هزینه را محدود می کند. دوم، راندمان مونتاژ بسته نسبتاً کم است. به دلیل استحکام ساختاری محدود، براکت های پلاستیکی اضافی در هنگام مونتاژ مورد نیاز است که فضا را مصرف می کند و کارایی کلی را کاهش می دهد. علاوه بر این، محدودیتهای ورقهای پلاستیکی{3} آلومینیوم، افزایش ضخامت سلول را دشوار میسازد، در حالی که طول سلول در حال حاضر به مرز عملی 500-600 میلیمتر نزدیک میشود. در نهایت، هزینهها نسبتاً بالا باقی میماند، زیرا بازار داخلی همچنان به شدت به واردات برای مواد ورقهای-آلومینیوم-پلاستیک با کیفیت بالا وابسته است، که باعث افزایش هزینههای تولید میشود.

6. مقایسه عملکرد سلول های باتری با مشخصات مختلف
هنگام بررسی مزایای منحصر به فرد سلول های کیسه ای، باید تفاوت های عملکردی بین سلول های با مشخصات مختلف را نیز در نظر بگیریم.
① چگالی انرژی
در میان سلولهای استوانهای، سلول 21700 30 درصد افزایش ظرفیت را در مقایسه با سلول 18650 ارائه میکند که در نتیجه به تراکم انرژی بالاتری منجر میشود. این بهبود از طریق استراتژی کاهش محتوای کبالت در حالی که میزان نیکل را افزایش می دهد، به دست می آید، در نتیجه به طور موثر خروجی انرژی سلول را افزایش می دهد. هنگامی که این سلول ها در بسته های باتری مونتاژ می شوند، برد رانندگی وسیله نقلیه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان مثال، سلول 21700-6000 میلی آمپری تولید شده توسط خاور دور دارای ظرفیت 6000 میلی آمپر ساعت است. این نه تنها حد بالایی ظرفیت سلول را به ارتفاعات جدید می رساند، بلکه به افزایش 20 درصدی در چگالی انرژی نیز دست می یابد. در مقابل، محدوده ظرفیت معمولی برای سلول های 18650 بین 1000 و 3500 میلی آمپر ساعت است.
در مورد سلول های منشوری و کیسه ای، چگالی انرژی آنها بسته به سناریوی کاربردی متفاوت است. با در نظر گرفتن سلول منشوری داخلی 50Ah به عنوان مثال، چگالی انرژی 205 Wh/kg با بازده بسته سطح سیستم تقریباً 70% بدست میآید. سلول های کیسه ای همچنین دارای ویژگی های منحصر به فردی در مورد چگالی انرژی هستند. با این حال، عملکرد واقعی آنها پیچیده است، زیرا آنها با چالش هایی مانند یک زنجیره تامین ناقص، راندمان مونتاژ بسته کم و محدودیت در ابعاد سلول مواجه هستند.
② چرخه زندگی
عمر چرخه سلول باتری تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند مواد و فرآیندهای ساخت قرار می گیرد. با در نظر گرفتن سلولهای یونی لیتیوم سهگانه، طول عمر نظری آنها تقریباً 800 سیکل است{3}}یک رقم متوسط در بین باتریهای یون لیتیوم{4} قابل شارژ تجاری. به طور خاص، در مورد 18650 سلول سه تایی، عمر چرخه بسته به سناریوی کاربردی متفاوت است. به عنوان مثال، در دستگاه هایی مانند پاوربانک ها، کیفیت باتری به یک عامل حیاتی تبدیل می شود که بر عمر چرخه تأثیر می گذارد.
سلول های سه تایی اغلب در وسایل نقلیه الکتریکی و ابزارهای برقی (مانند مته های الکتریکی) که نیاز به عملیات مکرر دارند استفاده می شوند. عمر چرخه آنها تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله فرآیندهای تولید و محیط های عملیاتی قرار می گیرد. در شرایط استاندارد شارژ-، سازندگان پیشرو معمولاً عمر چرخه ای بیش از 500 سیکل را تضمین می کنند. با این حال، در کاربردهای عملی، مسائل مربوط به سازگاری بسته باتری ممکن است عمر چرخه را به حدود 400 چرخه کاهش دهد. برعکس، اتخاذ استراتژی "شارژ/دشارژ کم عمق" می تواند عمر چرخه را به بیش از 1000 سیکل افزایش دهد.
در مقایسه، سلولهای منشوری میتوانند در شرایط شارژ/دشارژ 1C به عمر چرخه 2000 سیکل دست یابند. حتی پس از این تعداد چرخه، بهترین سلولهای منشوری-با عملکرد ۸۰ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ میکنند. تحت شرایط یکسان، 18650 سلول عملکرد کمتری دارند و حتی سلولهای{7}}با بالاترین کیفیت تنها حدود 70 درصد ظرفیت خود را حفظ میکنند. بنابراین، باتریهای منشوری از نظر عمر چرخه عملکرد برتری را نشان میدهند.
علاوه بر این، عمر چرخه سلول های کیسه ای به طور مشابه تحت تأثیر عواملی مانند کیفیت مواد و محیط های عملیاتی است. با این حال، مسائلی مانند زنجیره تامین توسعه نیافته و راندمان مونتاژ بسته کمتر نیز می تواند بر عمر واقعی آنها تأثیر بگذارد.

③ عملکرد ایمنی
با توجه به عملکرد ایمنی، مشخصات سلولی مختلف ویژگیهای متمایزی را نشان میدهند که نیاز به ارزیابی جامع بر اساس سناریوها و الزامات کاربردی خاص دارد. به عنوان مثال، سلول 18650-نوعی سلول استوانهای-از یک پوشش فولادی استفاده میکند. اگر کیفیت نامرغوب باشد، ممکن است یک خطر ایمنی شامل انفجار احتمالی باشد. در همین حال، سلول 21700 تعادل عالی بین اندازه و ظرفیت برقرار می کند و اغلب در وسایل نقلیه برقی و ابزارهای برقی{6} پرتقاضا مانند مته های برقی استفاده می شود. در نتیجه، عملکرد ایمنی آن یک منطقه کلیدی برای تمرکز است.
علاوه بر این، سایر مدلهای سلول استوانهای-مانند 14430، 14500، 16650، 18350 و 18500 به طور گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده میشوند. عملکرد ایمنی این سلول ها نیز باید با توجه به موارد استفاده خاص آنها ارزیابی شود.
سلول های منشوری دارای ابعاد فردی بزرگتر هستند. در هنگام تخلیه جریان بالا، دمای داخلی هسته سلول افزایش مییابد و لبههای ورقههای الکترود فعالیت الکتروشیمیایی کمتری از خود نشان میدهند، که میتواند به مرور زمان منجر به کاهش عملکرد شود. با این حال، در مقایسه با سلول های کیسه ای منشوری، سلول های منشوری (با محفظه های سفت و سخت) از نظر حفاظت ساختاری داخلی مزایای قابل توجهی دارند.
سلولهای کیسهای از بستهبندی پلاستیکی{0} آلومینیومی و ساختار الکترودی انباشته استفاده میکنند که عملکرد ایمنی قوی را نشان میدهد. با این وجود، توجه به این نکته مهم است که سلول های کیسه ای هنوز با محدودیت های خاصی مانند زنجیره تامین توسعه نیافته و راندمان مونتاژ بسته پایین مواجه هستند. بنابراین، انتخاب سلول مناسب نیازمند بررسی همه جانبه عوامل مختلف برای دستیابی به عملکرد و نتایج مطلوب است.
7. مروری بر مشخصات سلول باتری لیتیوم سه تایی
پس از بحث در مورد ویژگی های ایمنی سلول های مختلف باتری، اکنون مشخصات سلول های باتری لیتیومی سه تایی را خلاصه می کنیم. از سلولهای 18650 و 21700 گرفته تا دیگر انواع سلولهای استوانهای، منشوری و کیسهای، هر مشخصات مزایای مشخصی را ارائه میدهند و برای سناریوهای کاربردی خاص مناسب هستند. هنگام انتخاب، ضروری است که الزامات خاص را در نظر بگیرید و از موارد به طور جامع استفاده کنید تا از عملکرد و ایمنی بهینه باتری اطمینان حاصل کنید.
تنوع مشخصات برای سلول های باتری لیتیومی سه تایی منجر به ویژگی های عملکرد متفاوت می شود. با توجه به چگالی انرژی، سلول های 21700 ظرفیت و چگالی انرژی بالاتری نسبت به سلول های 18650 ارائه می دهند، در حالی که سلول های منشوری و کیسه ای نیز مزایای چگالی انرژی متمایز را در سناریوهای کاربردی خاص نشان می دهند. عمر چرخه تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله مشخصات سلولی و شرایط عملیاتی است. به عنوان مثال، سلول های منشوری اغلب در مقایسه با 18650 سلول، عمر چرخه ای بالاتری از خود نشان می دهند، در حالی که عمر چرخه سلول های کیسه ای به شرایط خاص بستگی دارد. علاوه بر این، عملکرد ایمنی در مشخصات مختلف سلول متفاوت است، که نیاز به ارزیابی جامع سناریوها و الزامات برنامه در طول فرآیند انتخاب دارد. بنابراین، هنگام انتخاب سلول های باتری لیتیومی سه تایی، باید چگالی انرژی، عمر چرخه و عملکرد ایمنی را با توجه به نیازهای کاربردی واقعی ارزیابی کرد تا مناسب ترین مشخصات را انتخاب کرد و از عملکرد بهینه باتری اطمینان حاصل کرد.








