الاختلافات الفنية وتطبيقات البطاريات المنشورية-المغلفة بالألمنيوم والبطاريات-المنشورية الناعمة

مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة، ونظام تخزين الطاقة، وأسواق إمدادات الطاقة الصناعية، تتطور أشكال تعبئة بطاريات أيون الليثيوم- باستمرار. في الوقت الحالي، تنقسم بطاريات الليثيوم المنشورية السائدة في السوق بشكل أساسي إلى فئتين: بطاريات منشورية ذات غلاف من الألومنيوم- وبطاريات منشورية ذات غلاف ناعم-. تختلف هاتان التقنيتان بشكل كبير في التصميم الهيكلي وأداء السلامة وكثافة الطاقة وتكلفة التصنيع وسيناريوهات التطبيق. يعد فهم خصائصها ذا قيمة مرجعية كبيرة لتصميم بطاريات الطاقة وأنظمة تخزين الطاقة وهياكل حزم البطاريات.

 

 

 

تستخدم البطاريات المنشورية ذات الغلاف - المصنوعة من الألومنيوم الألومنيوم كغلاف خارجي، مما يشكل بنية مستقرة من خلال عمليات اللحام بالليزر أو التغليف. تُستخدم هذه المنتجات على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة ومعدات تخزين الطاقة وأنظمة الطاقة الصناعية. يعتمد هيكلها الأساسي عادةً على حل غلاف الألومنيوم لخلايا الليثيوم المنشورية، مما يحقق قوة ميكانيكية عالية واستقرار هيكلي.

 

تستخدم البطاريات المنشورية- الناعمة طبقة من البلاستيك المركب من الألومنيوم- كمادة للتغليف الخارجي، مع تغليف الخلايا الداخلية من خلال عملية الغلق الحراري-. ونظرًا للمرونة الأكبر لمواد التغليف، يمكن تحقيق تصميمات حجم أكثر مرونة، مما يوفر مزايا معينة في مجال الوزن الخفيف.

 

 

 

توفر البطاريات المنشورية ذات الغلاف - المصنوعة من الألومنيوم حماية ميكانيكية عالية في ظل ظروف التشغيل العادية، كما أنها تقاوم بشكل فعال التأثيرات الخارجية والضغط. ولذلك، يتم استخدامها على نطاق واسع في علب الألومنيوم لبطاريات السيارات وأنظمة تخزين الطاقة-الكبيرة الحجم.

 

عندما يزيد الضغط الداخلي بسبب الشحن/التفريغ، أو تغيرات درجة الحرارة، أو توليد الغاز، قد يظهر هيكل غلاف الألومنيوم تمددًا طفيفًا. في ظل الظروف القاسية، يتم تنشيط صمام الأمان لتحرير الضغط الداخلي، وبالتالي تقليل المخاطر.

 

وعلى النقيض من ذلك، فإن البطاريات الجرابية، نظرًا لتغليفها بطبقة بلاستيكية مرنة من الألومنيوم-، تنتفخ عادةً عند زيادة الضغط الداخلي. آلية تحرير الضغط الخاصة بها لطيفة نسبيًا، مما يقلل من احتمالية تمزق الغلاف، وبالتالي يجذب الانتباه في بعض الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والتطبيقات خفيفة الوزن.

 

 

يتأثر أداء درجة الحرارة المنخفضة-لبطاريات الليثيوم-أيون بشكل أساسي بنظام الإلكتروليت والمواد، ولكن طريقة التغليف لها أيضًا تأثير معين على الأداء.

 

تُستخدم البطاريات المنشورية التقليدية ذات الغلاف - المصنوعة من الألومنيوم على نطاق واسع في علب الألومنيوم لحلول مجموعة بطاريات الليثيوم للمركبات الكهربائية، مما يحافظ على الاستقرار الهيكلي الجيد في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-. ومع ذلك، مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد المقاومة الداخلية للبطارية، مما يؤدي إلى انخفاض سعة التفريغ-وهي مشكلة شائعة تواجهها جميع بطاريات الليثيوم السائلة.

 

تتيح البطاريات الحقيبة، نظرًا لتصميمها الهيكلي الأكثر مرونة، تصميمات متنوعة الأشكال وتحسين الاستفادة من السعة ضمن مساحة محدودة، مما يمنحها ميزة في التطبيقات ذات الكثافة -الطاقة- العالية.

 

 

في ظل نفس ظروف الحجم، تكون البطاريات الجرابية عمومًا أخف وزنًا من البطاريات ذات الغلاف الألومنيوم-لأن مواد التغليف الخاصة بها أخف وزنًا وتحتوي على نسبة أقل من المواد غير النشطة.

 

من منظور هيكلي، في حين أن البطاريات المنشورية التي تستخدم حافظات الألومنيوم للبطارية LFP تزيد من وزن الغلاف، فإنها توفر حماية ميكانيكية أفضل وموثوقية النظام، وبالتالي تحافظ على مكانة مهمة في بطاريات الطاقة وتخزين الطاقة.

 

يمكن لبطاريات الحقيبة أن تزيد من تحسين استخدام الحجم وكثافة الطاقة الوزنية، مما يوفر مزايا للمنتجات التي تعطي الأولوية للنطاق والتصميم خفيف الوزن.

 

 

إن سلسلة صناعة البطاريات المنشورية ذات الغلاف الألومنيوم-حالية ناضجة للغاية، حيث تحقق المواد والمعدات والعمليات ذات الصلة إنتاجًا-على نطاق واسع.

 

على سبيل المثال، يحتوي غلاف البطارية المستخدم في علبة الألومنيوم لحزم بطاريات الليثيوم Powerwall على سلسلة توريد كاملة، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التصنيع الإجمالية نسبيًا. علاوة على ذلك، فإن هيكل الغلاف المصنوع من الألومنيوم يسهل الإنتاج الآلي وتجميع العبوات، مما يحسن اتساق الإنتاج وموثوقية المنتج.

 

ومن ناحية أخرى، تتطلب البطاريات الناعمة- متطلبات أعلى بالنسبة لمواد الأفلام البلاستيكية المصنوعة من الألومنيوم- وعمليات التغليف وبيئات الإنتاج، مما يؤدي إلى زيادة صعوبة التصنيع وتكاليف المواد. ولذلك، فإن تكلفة إنتاجها الإجمالية عادةً ما تكون أعلى من تكلفة الحلول المغطاة بالألمنيوم-.

 

 

تتميز البطاريات المنشورية ذات الغلاف - المصنوعة من الألومنيوم بالخصائص التالية:

قوة التغليف العالية والاستقرار الهيكلي.
سعة كبيرة للخلية-المفردة، مما يسهل تكامل النظام؛
تصميم الإدارة الحرارية الناضجة.
من السهل توحيد الإنتاج. يستخدم على نطاق واسع في علبة الألومنيوم لحزم بطاريات LiFePO4 للسيارة وأنظمة تخزين الطاقة.

 

ومع ذلك، لديهم أيضًا قيود معينة:

العديد من مواصفات المنتج والموديلات؛
صعوبة توحيد معايير الأتمتة؛
انخفاض التوافق بين الشركات المصنعة المختلفة.
تعقيد أعلى في تصميم حزمة البطارية.

 

 

تشمل المزايا الرئيسية للبطاريات-اللينة ما يلي:

 

أخف وزنا؛
استخدام حجم أعلى؛
حرية أكبر في التصميم؛
توزيع الحرارة موحدة نسبيا.
مناسبة لتصميمات المنتجات خفيفة الوزن.

وتنعكس قيودها بشكل رئيسي في:

حماية خارجية أضعف؛
زيادة الاعتماد على هيكل الوحدة؛
متطلبات النقل والتجميع الصارمة؛

الحاجة إلى تصميم دعم ميكانيكي أكثر تعقيدًا أثناء الاستخدام على المدى الطويل-.

 

 

في السنوات الأخيرة، مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة وصناعات تخزين الطاقة، أصبحت بطاريات المنشور تدريجيا الحل السائد في السوق.

 

في مجال مركبات الطاقة الجديدة، يتم استخدام أنظمة بطاريات الطاقة التي تستخدم علبة الألومنيوم لحزمة بطارية LiFePO4 للحافلات الكهربائية EV وحافظة الألومنيوم لحزمة بطارية Lifepo4 للسيارات الكهربائية على نطاق واسع نظرًا لهيكلها الموثوق به وصيانتها المريحة.

 

في سوق-المركبات ذات العجلتين والطاقة الخفيفة-، يستمر الطلب على أغلفة الألومنيوم لحزمة بطاريات الدراجة الكهربائية وحافظة الألومنيوم لحزمة بطاريات الليثيوم الكهربائية للدراجة الكهربائية-المنتجات ذات الصلة-في النمو، مما يزيد الطلب على وزن البطارية وسلامتها.

 

وفي الوقت نفسه، يشهد سوق تخزين الطاقة أيضًا نموًا سريعًا في الطلب على المكونات الهيكلية مثل أغلفة الألومنيوم لخلايا بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، والخلايا المنشورية LFP، وأغلفة الألومنيوم لخلايا الليثيوم.

 

 

 

تمثل البطاريات المنشورية- المصنوعة من الألومنيوم والبطاريات المنشورية ذات الأكياس اتجاهين مختلفين للتطور. تُستخدم الهياكل المصنوعة من الألومنيوم-، بقوتها الميكانيكية العالية وعمليات التصنيع الناضجة وموثوقية النظام الممتازة، على نطاق واسع في بطاريات الطاقة وتخزين الطاقة.

 

ومن ناحية أخرى، تعتمد هياكل الأكياس على مزايا خفة الوزن وكثافة الطاقة العالية، مما يحتل مكانة مهمة في بعض سيناريوهات التطبيقات المتطورة.

 

في المستقبل، مع التقدم المستمر في تكنولوجيا المواد، والتصميم الهيكلي، وعمليات التصنيع، سواء كانت أغلفة الألومنيوم لبطارية خلايا الليثيوم،قذائف الألومنيوم خلية الحديد الليثيوم، أو تقنيات تغليف البطاريات الجديدة، كلها ستدفع صناعة الطاقة الجديدة نحو مستوى أعلى من الأمان، وكثافة طاقة أعلى، وعمر أطول.