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Tipos de baterias de lítio: formato de célula de lítio
Atualmente, não há um formato padronizado para uma bateria de íons de lítio. O formato e a forma da célula da bateria são selecionados com base nas necessidades do usuário, o que acaba influenciando o design do módulo da bateria. O mercado atual de baterias de lítio normalmente oferece um conceito de bateria de três níveis aos clientes: célula, módulo, pacote.
Os principais componentes da bateria de íons de lítio geralmente são células de bateria, contato de célula, fixação de célula, alojamento, gerenciamento térmico e o sistema de gerenciamento de bateria (BMS), incluindo sua periferia. Para saber mais sobre design de célula, consulte Tipos de baterias de lítio: Design de célula de lítio .
Além disso, dependendo da composição do material do cátodo, as químicas mais comuns de células de íons de lítio são fosfato férrico de lítio, ou fosfato de ferro e lítio (LFP), óxido de cobalto de manganês e níquel de lítio (NMC) e óxido de alumínio de cobalto e níquel de lítio (NCA). Para saber mais sobre a química de íons de lítio, consulte Tipos de baterias de lítio: Química de células de lítio .
Formas de células
As células de bateria são projetadas em diferentes formatos e fatores de forma: células cilíndricas, prismáticas e de bolsa. A estrutura interna, o eletrodo-separador-composto, são diferentes em termos de dimensões e processos de fabricação usados.
Célula de lítio prismática
Bolsa de célula de lítio
Célula de lítio cilíndrica
Células Cilíndricas
As células cilíndricas consistem em ânodo de bateria em forma de folha, cátodo e separador que são intercalados, enrolados e embalados em uma lata em forma de cilindro. Este tipo de célula é um dos primeiros a ser produzido em massa e ainda é muito popular. As células apresentam várias fileiras com o pára-raios em lados opostos. Elas são adesivas conectadas com barramentos por tecnologia de soldagem e são opcionalmente ligadas por fio. Neste caso, nenhuma placa de suporte é necessária. As células cilíndricas devem ser fixadas em um módulo de bateria ou pacote por espaçadores rígidos, tiras espaçadoras ou suportes de montagem. Além disso, a cola pode ser usada como a fixação primária de células cilíndricas . Essas fixações adicionam peso e complexidade adicionais ao pacote de bateria.
Células de bolsa
As células de bolsa não têm uma lata externa rígida e usam uma folha flexível selada como recipiente da célula. As camadas de eletrodo e separador de uma célula de bolsa são empilhadas. Com células de bolsa, o projetista deve alocar espaço suficiente para possível inchaço. Os módulos com células de bolsa mostram células de fileira única com os pára-raios sendo posicionados no mesmo lado ou em lados opostos. As células de bolsa podem ser conectadas por soldagem de ligação adesiva e em pontes de aba a aba ou de aba a barramento sem suporte. Além disso, elas podem ser conectadas por uma conexão de encaixe de forma usando parafusos e barramentos como uma ponte sem nenhuma placa de suporte.
Para células de bolsa, as estruturas de células são frequentemente usadas como fixação primária. Neste caso, as células são inseridas, seladas redundantemente e tensionadas de forma flexível. Os espaços entre as células podem até ser usados adicionalmente para um sistema de resfriamento. Opcionalmente, as células de bolsa podem até ser coladas.
Células Prismáticas
As células prismáticas consistem em grandes folhas de ânodos, cátodos e separadores intercalados, enrolados e prensados para caber em um invólucro metálico ou de plástico rígido em forma cúbica. Os eletrodos também podem ser montados por empilhamento de camadas. As células prismáticas de lítio apresentam módulos de fileira única ou de duas fileiras e os pára-raios estão sempre no mesmo lado, independentemente da fileira.
As células prismáticas são unidas por adesivo por soldagem, com barramentos e placas de suporte ou tração/encaixe de forma conectado com parafusos/] ou travamento como tecnologia de união e barramentos de furo como uma ponte. Por fim, as células prismáticas podem ser fixadas por colagem. Isso requer um meio de união leve e elástico para evitar bolsas de ar.
Comparação técnica
Células cilíndricas são geralmente produzidas em modelos padrão em termos de tamanho. Um tamanho comum é o tipo 18650 (18 mm de diâmetro, 65 mm de altura). Este tipo tem uma massa total de cerca de 45 gramas e pode suportar uma capacidade de cerca de 1,2 a 3 Ah, dependendo da tecnologia empregada.
As células de bolsa têm uma construção macia que requer o uso de uma estrutura de suporte com essas células. Além disso, a célula não deve ser colocada perto de bordas afiadas. A faixa de capacidade aproximada da célula é de 2,5-8 Ah, e o peso aproximado é de 75-225 g.
As células prismáticas são fabricadas com uma capacidade que varia de vários Ah, direcionados para laptops e celulares, a centenas de Ah, projetados para aplicações de EV. A faixa de peso é de 0,8-5,2 kg.
Comparação de células de bateria cilíndricas, de bolsa e prismáticas
Célula cilíndrica
Vantagem
- As baterias são adequadas para fabricação automatizada.
- Gerenciamento térmico mais fácil do conjunto (o espaço entre as células permite que o líquido de arrefecimento circule facilmente dentro do conjunto de baterias).
- Estabilidade mecânica (o formato redondo da bateria distribui a pressão interna das reações laterais sobre a circunferência da célula quase uniformemente).
Desvantagem
- Baixa densidade de empacotamento de células cilíndricas (a seção transversal circular da célula não permite a utilização total do espaço disponível).
- Baterias de alta capacidade com um grande número de células cilíndricas exigem um sistema de suporte e contatores excessivo, aumentando assim a complexidade e o peso da bateria.
Célula de bolsa
Vantagem
- Menor peso (entre todos os tipos de células).
- Células flexíveis (podem se adaptar facilmente ao espaço disponível de um determinado produto).
Desvantagem
- É necessário personalizar a maioria das células de bolsa.
- Precisa proteger contra impactos externos ou perfurações; não é adequado para uso industrial e em máquinas.
Célula prismática
Vantagem
- Utilização ideal do espaço do compartimento da mochila e da bateria.
- As células não estão sujeitas ao inchaço.
- Maior capacidade nominal de Ah e energia em kWh (watt-hora da bateria).
- Maior densidade geral de energia da bateria (em comparação com células cilíndricas).
- Peso geral mais leve da bateria LIB em comparação com baterias com células cilíndricas (sem aço inoxidável de maior resistência como invólucro da bateria).
Desvantagem
- Maior potencial de estresse para partes do eletrodo e folhas separadoras que estão próximas aos cantos do recipiente.
- As células podem ser mais caras de fabricar.
Formulários
Células cilíndricas são amplamente utilizadas em ferramentas elétricas, brinquedos, lâmpadas, na indústria automotiva, bicicletas elétricas e alguns sistemas de energia móvel portáteis.
Células tipo bolsa são comuns em smartphones, drones, laptops, dispositivos vestíveis, etc.
Por fim, as células prismáticas são amplamente utilizadas em veículos elétricos, incluindo caminhões industriais fora de estrada e diferentes tipos de empilhadeiras, estações de comunicação, armazenamento de energia em rede, áreas médicas, etc.
Células prismáticas são a melhor escolha para baterias de empilhadeiras
As diferenças na tecnologia de baterias hoje permitem que os clientes escolham o melhor ajuste para suas aplicações. Assim, células prismáticas de lítio são a tecnologia preferida para equipamentos de manuseio de materiais (MHE):
Centenas de Ah de capacidade nominal. A tecnologia fornece a melhor proporção de potência e energia por unidade de volume. Isso é especialmente importante em baterias de alta capacidade, alta corrente e voltagem relativamente baixa usadas em MHE.
Utilização ideal do espaço disponível no pacote. Não há cavidades de espaço entre as células. Isso permite capacidade máxima para o pacote de bateria e ainda tem espaço suficiente para acomodar o peso extra necessário, vedação, aquecedor, carregador interno ou outras atualizações de bateria dentro da área limitada do compartimento da bateria.
Os contatos são fortes o suficiente para conexão confiável de barramentos. Este é um fator de segurança extremamente importante com operações de alta vibração, especialmente em empilhadeiras do tipo cushion-pneu.
Peso flexível da bateria. O peso do pacote LIB não é uma limitação para a maioria dos MHE em termos de alcance por uma carga (ao contrário dos EVs de passageiros). As empilhadeiras operam principalmente perto de suas estações de carga e suas baterias são frequentemente projetadas como um contrapeso.