根据封装方式、电芯形状的不同,市场上的电芯可分为三大类:方形电芯、圆柱电芯和软包电芯,前二者是用硬壳封装,钢壳、铝壳居多。在生产制造过程中,还没进行封装的电芯,被称为裸电芯。三种电池封装形式各有优劣,目前方形电芯是市场主流。
方形电芯
常见的方电芯成品,中间是方形电芯中裸电芯的结构示意图,右侧是方形电芯的整体结构图。简单来讲,方形电芯可以拆分为:顶盖、裸电芯、壳体、电解液及其他零部件。
顶盖主要是正、负极极柱以及泄压阀(也称防爆阀/安全阀)。在电芯热失控产生大量气体的情况下,方形电芯上顶盖上的泄压阀会打开释放气体,避免电芯内部压力过大造成爆炸,是电芯安全的一道保障。
裸电芯的制造可采用卷绕或叠片工艺,上图的裸电芯是卷绕工序制成的,工艺方面具体待后续的生产制造篇再详聊。组成裸电芯的极片,是用铜箔/铝箔作为集流体,再涂上活性材料。极片顶部的金属箔片经裁切形成极耳,将正负极电流导出。
采用方形钢壳或铝壳作为壳体,方形电芯的散热性、可靠性好,空间利用率高,不易受外力破坏。方形电池的尺寸可以根据车型需求进行定制化设计,而由此带来的问题就是型号多,难以标准化。
不过终归是瑕不掩瑜,对于特斯拉、大众等车企而言,方形电芯就是真香的代名词。特斯拉过往用的多是圆柱电芯,这两年跟宁德时代签了不少方形电芯的单子。大众集团在今年的电池日宣布,将采用方形电芯作为标准化电芯,推进电芯标准化以降低成本。
圆形电芯
圆柱电芯结构包括:正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳、盖帽/正极帽、垫片、安全阀等。圆柱电芯一般以盖帽为电池正极,以外壳为电池负极。
圆柱电芯标准化程度较高,常见的型号有:14650、14500(5号电池)、18650、21700等。型号的的前两位数字代表圆柱电芯的直径(单位mm),第3、4位代表圆柱电芯的高度(单位mm),0指的是圆柱。特斯拉现在用的圆柱电池是18650和21700。
软包电芯
软包电芯其实很常见,云顶集团的手机用的就是小型软包电芯。动力电池的软包电芯更大,铝塑包装膜替代金属壳体,包裹着正负极材料、隔膜、电解液。它的体型纤薄,单体能量密度较高,内阻小,但在安全性、可靠性和成组效率上存在一定的劣势。
安全方面,软包特有的铝塑膜包装无法分担外部挤压力,挤压时易造成内部卷芯变形而发生热失控,且无法保证内部发生热失控后爆破或者热传导的方向,会鼓气裂开。
就可靠性而言,铝塑膜主要由聚酰胺(25μm)/轧制铝(40μm)/聚丙烯(50μm),层叠而成,很容易被金属小颗粒刺穿造成漏液问题。聚丙烯层受力会发生蠕变,长期使用后内部化学体系产气后很容易将分装区撑破。之前现代宣布召回7.7万辆KONA电动汽车,通用汽车宣布召回68677辆Bolt电动车,就是因为LG提供的软包电池出了问题。
动力电池电芯提供能量来源,如何协调管理能量传输和释放着需要有电池管理系统,电池管理系统协调整个电能储存过程和电能释放过程。保护电池模组的高效利用。
在电池材料的生产过程中可以使用洁净烤箱通过提供清洁空气条件来对产品物料进行热处理/干燥或老化。这些装置也可以准备安装在洁净室环境中。采用 HEPA 过滤器的层流循环系统可达到清洁度。是的产品生产无污染颗粒,从而达到稳定的物料产品输出,避免物料杂质的缺陷影响电池性能。