Vergelijkende analyse van stapel- en wikkelprocessen in de productie van lithiumbatterijen

1. Procesprincipes

Stapelproces:

Anode- en kathodeplaten worden op specifieke afmetingen gesneden en vervolgens met scheidingswanden gelamineerd om eenheidscellen te vormen. Deze eenheidscellen worden parallel gestapeld om batterijmodules te vormen.

Wikkelproces:

Voorgesneden anodeplaten, separatoren en kathodeplaten worden in een gedefinieerde volgorde rond een vaste doorn gewikkeld en samengeperst tot cilindrische, elliptische of prismatische vormen. De wikkelelektroden worden vervolgens in cilindrische of prismatische metalen behuizingen geplaatst. De afmetingen van de elektroden en de windingen worden bepaald door de ontwerpcapaciteit van de batterij.

2. Vergelijking van elektrochemische prestaties

Stapelcellen vertonen een lagere interne weerstand door het parallel lassen van meerdere lipjes, waardoor de migratiepaden van lithiumionen worden verkort. Dit vermindert de warmteontwikkeling tijdens bedrijf en vertraagt de initiële afname van de energiedichtheid. Wikkelcellen daarentegen vertrouwen op de stroomafgifte van één lipje, wat resulteert in een hogere interne weerstand.

Levensduurcyclus:

Stapelcellen vertonen een superieur thermisch beheer, wat een gelijkmatige warmteverdeling mogelijk maakt. Wikkelcellen vertonen gradiëntstructurele en mechanische eigenschappen, wat leidt tot ongelijkmatige warmteafvoer en lokale temperatuurgradiënten. Dit versnelt de capaciteitsvermindering en verkort de levensduur van gewikkelde cellen.

Mechanische spanning van de elektrode:

Stapelelektroden ondervinden een gelijkmatige mechanische belasting zonder lokale concentratie, waardoor schade aan de materiaallaag tijdens laad-/ontlaadcycli tot een minimum wordt beperkt. Wikkelcellen ontwikkelen spanningsconcentraties op buigpunten, waardoor het risico op structurele defecten, kortsluiting en lithiumplating onder elektrische belasting toeneemt.

Beoordelingsvermogen:

Stapelcellen bereiken verbeterde snelheidsprestaties dankzij parallelle stroompaden vanuit meerdere elektrodelagen, wat een snellere ontlading bij hoge stroom mogelijk maakt. Gewikkelde cellen ondervinden beperkingen door de architectuur met één tabblad.

Energiedichtheidsontwerp:

Stapelen optimaliseert de benutting van de verpakkingsruimte en maximaliseert de belasting van het actieve materiaal voor een hogere energiedichtheid. Wikkelcellen kampen met ruimte-inefficiëntie vanwege de gebogen elektrodegeometrie en de configuratie met tweelaagse separators.

3. Procesvoordelen

Stapelproces:

• Hoge volumetrische capaciteit: Superieure ruimtebenutting maakt een hogere capaciteit mogelijk binnen equivalente volumes.
• Hogere energiedichtheid: hoger ontladingsspanningsplateau en volumetrische capaciteit.
• Ontwerpflexibiliteit: Aanpasbare elektrodeafmetingen ondersteunen niet-standaard celgeometrieën.

Wikkelproces:

• Vereenvoudigd puntlassen: vereist slechts twee laspunten per cel.
• Schaalbaarheid van de productie: Vereenvoudigde configuratie met twee elektroden stroomlijnt de procesbesturing.
• Efficiënt snijden: het snijproces met één anode/kathode vermindert het aantal defecten.

4. Procesbeperkingen

Stapelproces:

• Risico's van koudlassen: laminering met meerdere tabbladen vergroot de kans op onvolledige lassen.
• Lage apparatuurefficiëntie: binnenlandse stapelmachines werken met een snelheid van 0,8 sec/laag, tegenover 0,17 sec/laag voor geïmporteerde machines.

Wikkelproces:

• Hoge polarisatieverliezen: het ontwerp met één lipje verergert de interne polarisatie, waardoor de snelheidsprestaties verslechteren.
• Uitdagingen op het gebied van thermisch beheer: Moeilijkheden bij het implementeren van thermische isolatie tussen cellen verhogen het risico op thermische doorslag.
• Diktevariabiliteit: Structurele inhomogeniteit veroorzaakt ongelijkmatige dikte bij lipjes, scheidingsranden en celwanden.

5. Conclusie

Stapel- en wikkelprocessen brengen verschillende afwegingen met zich mee in de productie van lithiumbatterijen. Stapelen blinkt uit in energiedichtheid, thermische prestaties en ontwerpflexibiliteit, waardoor het ideaal is voor nieuwe energievoertuigen en energieopslagsystemen. Wikkelen biedt voordelen op het gebied van kostenefficiëntie en schaalbaarheid voor toepassingen met grote volumes, zoals consumentenelektronica. Continue technologische vooruitgang zal beide methodologieën verder optimaliseren en innovatie in de lithiumbatterijindustrie stimuleren..

TOB NIEUWE ENERGIEbiedt een volledige set vanoplossingen voor batterijproductielijnen,Wij kunnen verschillende processen (stapelproces, wikkelproces) op maat maken voor de zakcellaboratoriumlijn, pilotlijn en productielijn, geheel volgens de vereisten van de klant.