越来越多的锂离子应用正在利用棱镜或袋式电池(软包)设计,这是一个减少重量和成本,以及在电池层面优化包装效率的绝佳方式。
锂离子(Li-Ion)电池动力系统正日益成为许多应用的选择,因为锂离子比前十年的核心技术如镍镉和铅酸电池具有更高的比能量密度。
与许多其他系统相比,锂离子技术每节电池的电压输出更高。因此,在给定的电池电压下,需要更少的电池
棱镜电池组
在20世纪90年代初推出的棱镜电池满足了对更薄尺寸和更低制造成本的需求。棱形电池被包裹在优雅的包装中,类似于一盒口香糖或一小块巧克力,通过使用分层的方法,使空间得到了最佳利用。这些电池主要出现在移动电话的锂离子中。不存在通用的格式,每个制造商都设计自己的格式。如果外壳设计允许在手机或笔记本电脑中多出几毫米,制造商就会为了更高的容量而设计一个新的电池组。高产量证明了这种做法的合理性。
棱形电池组
棱镜电池组
棱镜电池也正在向更大的格式迈进。封装在焊接的铝制外壳中,这种电池的容量为20至30Ah,主要用于混合动力和电动汽车的电力系统。图4显示了棱柱形电池。
棱形电池需要一个稍厚的壁尺寸,以补偿圆柱形设计带来的机械稳定性下降,导致容量小幅下降。对空间的优化利用弥补了这一损失。用于便携式设备的棱镜电池容量从400mAh到2000mAh不等。
棱镜电池被装在一个长方形的罐子里。电极要么是堆叠的,要么是扁平螺旋的形式。它们通常被设计成具有非常薄的外形,以用于小型电子设备,如移动电话。棱形电池提供了更好的空间利用率,但代价是制造成本略高,能量密度较低,更容易发生膨胀,但这些都是次要的影响,不构成主要的不利因素。
棱形电池提高了空间利用率,并允许灵活的设计,但它的制造成本可能更高,热管理效率较低,循环寿命比圆柱形设计短。
袋装电池组
1995年,袋式电池以一种激进的新设计惊艳了电池界。它没有使用金属圆柱体和玻璃-金属电通来进行绝缘,而是将导电箔片焊接在电极上并密封在袋中,将正负极带到外面。
小袋电池最有效地利用了空间,实现了90%至95%的包装效率,是电池组中最高的。取消金属外壳可以减轻重量,但电池需要在电池舱中提供一些替代性支持。
小袋电池为电池设计提供了一个简单、灵活和轻便的解决方案。暴露在高湿度和高温下会缩短使用寿命。
袋状细胞的应用
袋装电池组可以在消费、军事以及汽车行业的应用中找到。没有标准化的邮袋电池,所以每个制造商都为特定的应用建立了电池。小袋电池组通常是锂聚合物。它的比能量通常较低,电池的耐用性也不如圆柱形封装的锂离子。
膨胀袋细胞
充电和放电过程中产生的气体导致的膨胀或鼓胀是一个令人担忧的问题。电池制造商坚持认为,这些电池不会产生过多的气体而导致肿胀。然而,过量的膨胀可能发生,而且大多数是由于制造上的缺陷,而不是使用不当造成的。一些经销商由于某些批次的肿胀高达3%而出现故障。膨胀产生的压力会使电池盖破裂,在某些情况下会使显示屏和电子线路板破裂。制造商说,膨胀的电池是安全的。虽然这可能是真的,但不要在靠近热源或火的地方刺破膨胀的电池;逸出的气体可能被点燃。图6显示了一个膨胀的袋状物。
膨胀可以作为气体产生的一部分而发生。电池制造商对发生这种情况的原因有分歧。一个5毫米(0.2英寸)的电池在硬壳中可以长到8毫米(0.3英寸),在铝箔包装中更多。
为了防止膨胀,制造商增加了多余的薄膜,在电池外形成一个 “气体袋”。在第一次充电时,气体会逃到气囊中,然后将气囊剪掉,作为整理过程的一部分重新密封包装。预计在随后的充电中会有一些膨胀;在500次循环中,8%至10%的膨胀是正常的。必须在电池仓中预留出空间,以允许膨胀。最好不要堆放小袋电池,而是将它们并排平放。防止尖锐的边缘,因为它们在膨胀时可能会对邮袋电池造成压力。
袋式封装通常用于带有固体电解质的锂聚合物电池,提供低成本的 “灵活”(有时以非故意的方式)结构。电极和固体电解质通常分层堆叠,并封装在一个铝箔信封中。固体电解质允许更安全、防漏的电池。铝箔结构允许非常薄和轻的电池设计,适用于高功率应用,但由于外壳缺乏刚性,电池容易随着电池温度的升高而膨胀。在选择电池以适应特定的电池舱空腔时,必须考虑到膨胀的可能性。电池也容易受到外部机械损伤,电池组的设计应防止这种可能性。
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