چرا باتری‌های لیتیوم عمدتاً استوانه‌ای یا مربعی هستند؟ کدام بهتر است: باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای یا مربعی؟

طراحی شکل باتری‌های لیتیوم (استوانه‌ای، مکعبی، دکمه‌ای، و غیره) نمایشگر جامع عملکرد، فرآیندهای تولید و سناریوهای کاربردی آنهاست. باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای و مکعبی به دلیل داشتن مزیت‌هایی در زمینه رشد فناوری، فرآیندهای تولید، عملکرد و سناریوهای کاربردی، به مرکز توجه تبدیل شده‌اند.

۱. چرا باتری‌های لیتیوم اغلب استوانه‌ای یا مکعبی هستند؟

الف) رشد فناوری بالا

• باتری‌های استوانه‌ای : باتری‌های استوانه‌ای (مانند 18650) نوع اولین باتری‌های لیتیوم بودند که به صورت وسیع تجاری شدند. آنها دارای فرآیندهای تولید پیشرفته، سطح بالای خودکارسازی و سازگاری مناسب هستند.

• باتری‌های مسطح : باتری‌های مسطح در تجهیزات الکترونیک مصرف‌کننده (مانند تلفن همراه و لپتاپ‌ها) کاربرد گسترده‌ای دارند. فرآیندهای تولید آنها طی سال‌ها بهینه شده‌اند و از نظر فناوری پیشرفته هستند.

(2) فرآیندهای تولید ساده

• باتری‌های استوانه‌ای : فرآیند پیچش الکترود در باتری‌های استوانه‌ای ساده است که آنها را مناسب برای تولید انبوه می‌کند. علاوه بر این، جعبه‌های فلزی آنها نیز ساختن آسانی دارند.

• باتری‌های مسطح : باتری‌های پریسماتیک از فرآیندهای تراشیدن یا پیچیدن الکترود انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند. آنها دارای جعبه‌های فلزی هستند که ساختارهای پایداری را فراهم می‌کنند.

(3) عملکرد عالی

• باتری‌های استوانه‌ای : باتری‌های استوانه‌ای دارای مقاومت مکانیکی بالا و خنک‌کنندگی مناسبی هستند که آنها را برای کاربردهای قدرتمند مناسب می‌سازد.

• باتری‌های مسطح : باتری‌های پریسماتیک دارای استفاده بهینه از فضا و چگالی انرژی بالا هستند که آنها را برای دستگاه‌های فشرده مناسب می‌سازد.

(4) طیف گسترده‌ای از کاربردها

• باتری‌های استوانه‌ای : باتری‌های استوانه‌ای در وسایل نقلیه الکتریکی، ابزارهای قدرتمند، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و زمینه‌های دیگر به طور گسترده استفاده می‌شوند.

• باتری‌های مسطح : باتری‌های صفحه‌ای موقعیت مهمی در الکترونیک مصرف‌کننده، وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و زمینه‌های دیگر دارند.

2. مقایسه مزایا و معایب باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای و باتری‌های لیتیوم صفحه‌ای

(1) باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای

• مزایا :

  1. فرآیند تولید پیشرفته : میزان بالایی از خودکارسازی، سازگاری خوب و مناسب برای تولید انبوه.

  2. مقاومت مکانیکی بالا : جعبه فلزی مقاومت قوی نسبت به ضربه و لرزش را فراهم می‌کند، که ایمنی را افزایش می‌دهد.

  3. پخش حرارت خوب : طراحی استوانه‌ای مساحت سطح را افزایش می‌دهد، که باعث توزیع یکنواخت گرما و سرد شدن کارآمد می‌شود.

  4. سهولت ترکیب : آنها می‌توانند به صورت انعطاف‌پذیر در سری یا موازی مرتب شوند تا بسته‌های باتری تشکیل دهند، که آنها را برای کاربردهای با توان بالا مناسب می‌کند.

• نقطه ضعف :

  1. استفاده کمتر از فضا : فاصله‌های بین باتری‌ها وقتی در پک‌ها جمع‌آوری می‌شوند، چگالی انرژی کلی را کاهش می‌دهد.

  2. وزن بیشتر : جعبه فلزی وزن اضافی ایجاد می‌کند، که برای طراحی سبک وزن مناسب نیست.

  3. محدودیت‌های شکل : شکل استوانه‌ای ممکن است با ضرورت‌های فضایی برخی دستگاه‌های تخصصی سازگار نباشد.

(2) باتری‌های لیتیوم پریسمی

• مزایا :

  1. استفاده بهینه از فضا : باتری‌های پریسمی می‌توانند به طور محکم پیچیده شوند، فواصل درون بسته باتری را کاهش دهند و چگالی انرژی کلی را افزایش دهند.

  2. طراحی انعطاف‌پذیر : ابعاد و شکل‌ها می‌توانند سفارشی سازی شوند تا با نیازهای خاص دستگاه‌ها هماهنگ شوند و قابلیت تطبیق قوی ارائه دهند.

  3. ساختار ثابت : جعبه فلزی مقاومت مکانیکی مناسب و عملکرد مدیریت حرارتی را فراهم می‌کند.

  4. آسان به مدولاریزه کردن : مناسب برای طراحی مدولی، کمک می‌کند به ادغام بسته‌های باتری با اندازه بزرگ.

• نقطه ضعف :

  1. فرآیند تولید پیچیده : نیازمند شرایط تولید پیشرفته‌تر، دشوار است هماهنگی را تضمین کند و هزینه‌ها بالاتر است.

  2. پخش گرما ضعیف‌تر : سطح زیرین کوچک‌تر منجر به متمرکز شدن گرما می‌شود، نیاز به سیستم‌های اضافی مدیریت گرما دارد.

  3. وزن بیشتر : جعبه فلزی وزن اضافه ای به محصول می‌دهد که تأثیری بر طراحی سبک وزن دارد.

3. باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای در مقابل باتری‌های لیتیوم مسطح: کدام بهتر است؟

(1) از دیدگاه سناریوهای کاربردی

• باتری‌های استوانه‌ای : مناسب برای کاربردهای با توان بالا و هماهنگی بالا، مانند خودروهای الکتریکی، ابزارهای برقی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی.

• باتری‌های مسطح : مناسب برای کاربردهایی با الزامات چگالی انرژی بالا تحت محدودیت فضایی، مانند الکترونیک‌های مصرف‌کننده، خودروهای الکتریکی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی.

(2) از دیدگاه عملکرد

• باتری‌های استوانه‌ای : مقاومت مکانیکی بالا و خاصیت خوب پخش گرما، مناسب برای خروجی قدرت بالا.

• باتری‌های مسطح : چگالی انرژی بالا و استفاده بهینه از فضا، مناسب برای دستگاه‌های فشرده.

(3) از دیدگاه فرآیندهای تولید

• باتری‌های استوانه‌ای : فرآیندهای تولید پیشرفته، مناسب برای تولید انبوه.

• باتری‌های مسطح : فرآیندهای تولید پیچیده، اما طراحی انعطاف‌پذیر، مناسب برای نیازهای سفارشی.

(4) از دیدگاه روند های آینده

• باتری‌های استوانه‌ای : باتری‌های استوانه‌ای فرمت بزرگ (مانند Tesla 4680) ویژگی‌های سازگاری بالا باتری‌های استوانه‌ای و چگالی انرژی بالا باتری‌های مربعی را ترکیب کرده‌اند و منتظر شدن برای شدن جریان غالب در آینده هستند.

• باتری‌های مسطح : با توسعه فناوری CTP (Cell to Pack)، مزیت‌های باتری‌های مربعی در زمینه چگالی انرژی و هزینه بیشتر به چشم خواهد خورد.

خلاصه

• باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای : مناسب برای کاربردهای با توان بالا و همگنی بالا، با فرآیندهای تولید پخته شده و دیسیپاسیون گرما خوب، اما استفاده کمتری از فضا.

• باتری‌های لیتیوم مربعی : مناسب برای کاربردهای محدود فضایی با نیاز به چگالی انرژی بالا، با طراحی انعطاف‌پذیر، اما فرآیندهای تولید پیچیده و دیسیپاسیون گرما ضعیف‌تر.

کدام یک بهتر است؟ وجود برتری مطلق یا کمتر ارزش ندارد. انتخاب بین باتری‌های لیتیوم مدور و مربعی بستگی به سناریوی کاربردی و نیازمندی‌ها دارد:

• اگر خروجی توان بالا و دیسیپاسیون گرما خوب مورد نیاز باشد، باتری‌های مدور گزینه بهتری هستند.

• اگر نیاز به چگالی انرژی بالا و طراحی فشرده باشد، باتری‌های مکعبی بهترین گزینه هستند.

در آینده، با توسعه باتری‌های استوانه‌ای بزرگ‌فرمت و فناوری CTP، هم باتری‌های استوانه‌ای و هم مکعبی لیتیوم نقش مهمی را در حوزه‌های تخصصی خود ایفا خواهند کرد.