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Dans le monde en constante évolution de la fabrication des batteries lithium-ion, la méthode d'assemblage interne est devenue un facteur de différenciation essentiel, en particulier lorsqu'il s'agit d'une batterie à poche destinée à des appareils de forme personnalisée. En tant que fabricant de batteries de forme personnalisée, nous avons pu constater de première main que le choix entre la méthode d'assemblage interne et la méthode d'assemblage externe est un facteur de différenciation essentiel. processus d'empilage et le traditionnel processus de bobinage peut entraîner des différences significatives en termes de performance, de fiabilité et de fabricabilité.
Dans cet article, nous allons approfondir les points suivants Pourquoi l'empilage est-il préférable à l'enroulement pour les piles à poche ? couvrant la densité énergétique, la stabilité de la structure interne, la gestion thermique, la sécurité et la manière dont ces avantages se traduisent par le succès des piles personnalisées.
Qu'est-ce qu'une batterie de poche ?
A pochette pile est un format de cellule lithium-ion qui utilise un film laminé flexible en aluminium-polymère au lieu d'une boîte métallique rigide. Il offre une grande efficacité d'emballage (90-95 %) et des facteurs de forme flexibles. Les piles à poche sont de plus en plus utilisées dans la robotique, les drones, les vêtements personnalisés et les plateformes d'e-mobilité grâce à leur légèreté, à leur forme adaptable et à leurs performances élevées.
Qu'est-ce que le processus d'empilage ?
Les processus d'empilage - également connu sous le nom de laminage ou Empilage en Z - est un méthode d'assemblage de cellules utilisés dans la fabrication de batteries au lithium-ion, notamment pour cellules de la poche et cellules prismatiques.
Au lieu d'enrouler les feuilles d'électrode en spirale (comme dans le processus d'enroulement), l'empilage coupes et couches les électrodes et les séparateurs en un structure plate et multicouche.
Qu'est-ce que le processus d'enroulement ?
Les processus de bobinage est l'une des méthodes les plus traditionnelles et les plus largement utilisées pour l'assemblage des cellules de batteries lithium-ion. Dans ce processus, le feuilles d'électrodes - une longue bande de anode, séparateuret cathode - sont enroulés ensemble en une spirale ou un rouleau serré, souvent appelé “jelly roll” (rouleau de gelée)” structure. Cette technique est couramment utilisée pour cellules cylindriques (comme 18650 ou 21700), mais il est également appliqué dans certains cas. prismatique et cellules de la poche lorsqu'une production en grande quantité et à faible coût est nécessaire.
Caractéristiques du processus d'empilage par rapport au processus d'enroulement
| Fonctionnalité | Processus d'empilage | Processus d'enroulement |
|---|---|---|
| Type de structure | Empilement plat et stratifié d'électrodes et de séparateurs | Rouleau spiralé d'électrodes continues et de séparateurs |
| Compatibilité des formes | Excellent - prend en charge les formes plates, minces, courbes ou personnalisées | Limité - convient principalement aux cellules cylindriques ou rectangulaires |
| Densité énergétique | Plus élevé (pas de coins vides, meilleure utilisation des matériaux) | Légèrement plus bas en raison des bords incurvés et des interstices d'enroulement |
| Alignement des électrodes | Couches alignées avec précision ; épaisseur uniforme | Contraintes internes/externes inégales et risque de déformation du revêtement |
| Gestion thermique | Supérieure - la chaleur se propage uniformément sur les couches planes | Modéré - les couches intérieures peuvent piéger plus de chaleur |
| Résistance électrique | Inférieur - plusieurs languettes parallèles et courts trajets de courant | Plus haut - trajets de courant plus longs en forme de spirale |
| Contrainte mécanique pendant le cyclage | Expansion et contraction uniformes ; durée de vie plus longue | Répartition inégale des contraintes ; risque de déformation |
| Sécurité et fiabilité | Élevé - moins de risques de bavures, de déformations ou de courts-circuits | Modéré - les points de flexion peuvent endommager les revêtements des séparateurs |
| Complexité de la fabrication | Plus élevé - nécessite des machines de coupe et d'empilage précises | Plus bas - processus plus simple et plus rapide pour la production de masse |
| Vitesse et coût de production | Plus lent et plus coûteux ; idéal pour les cellules à haute performance | Plus rapide et moins cher ; idéal pour la production en grande quantité |
| Flexibilité de la personnalisation | Excellent - idéal pour les pochettes irrégulières ou fines | Limité - contraint par la géométrie du rouleau |
| Applications | Poches ou cellules prismatiques haut de gamme (drones, robotique, vêtements) | Piles cylindriques (18650, 21700), VE, vélos électriques, outils électriques |
Pourquoi l'empilage de Beats Winding pour la batterie de la pochette ?
Densité énergétique plus élevée et meilleure utilisation de l'espace
La géométrie plate d'un noyau empilé permet une utilisation plus efficace de l'espace interne du format du sachet. L'enroulement laisse des bords incurvés et un volume inutilisé dans les coins du rouleau, ce qui réduit la capacité volumétrique.
Stabilité accrue de la structure interne
Dans une cellule bobinée, les couches internes et externes du rouleau subissent des dilatations et des contractions différentes au cours des cycles de charge-décharge. Cette contrainte non uniforme peut entraîner une déformation, une dégradation de l'interface et une réduction de la durée de vie. En revanche, les cellules empilées ont une géométrie de couche plus uniforme, ce qui permet de mieux contrôler l'épaisseur, de réduire les bombements et d'améliorer la durée de vie.
Performance thermique et électrique supérieure
Les cellules empilées permettent d'utiliser plusieurs languettes (connexions) en parallèle, ce qui réduit la résistance interne et la production de chaleur. En outre, la gestion thermique est plus facile dans les formats empilés à plat, la chaleur est répartie plus uniformément et le risque de points chauds est réduit par rapport aux noyaux enroulés à géométrie incurvée.
Avantages en termes de sécurité et de fiabilité à long terme
L'absence de courbes serrées et d'angles enveloppants dans les cellules empilées réduit le risque de déformation du revêtement, d'endommagement du séparateur, de formation de bavures et de courts-circuits internes subséquents. Pour les applications nécessitant des cycles de vie prolongés (robotique, drones, industrie) et des exigences de sécurité strictes, ces avantages structurels sont importants.
Considérations et compromis dans la fabrication
Bien que l'empilage offre de nombreux avantages en termes de performances, le processus comporte ses propres défis.
Complexité de la fabrication et rendement
L'empilage implique une coupe précise, un alignement, un empilage multicouche et souvent plus de soudures de languettes qu'un simple enroulement. Ces éléments ajoutent à la complexité du processus, au coût et peuvent réduire le rendement. En revanche, l'enroulement est un procédé éprouvé, efficace et moins coûteux pour les formats standard.
Efficacité et coût de production
Les machines d'empilage étant plus complexes et plus lentes, le débit unitaire peut être plus faible et le coût de l'équipement plus élevé. Cela signifie que l'empilage est souvent privilégié lorsque les exigences en matière de performance ou de facteur de forme le justifient.
Adaptation à des facteurs de forme personnalisés ou uniques
L'empilage offre une plus grande flexibilité dans la forme des électrodes et la géométrie des cellules, ce qui en fait la solution idéale pour les batteries à pochettes personnalisées - minces, courbées ou de formes irrégulières requises par les robots, les drones ou les composants aérospatiaux. L'enroulement est plus contraint par la géométrie du rouleau.
Pourquoi LanDazzle choisit l'empilage pour ses solutions de cellules de poche personnalisées
LanDazzle se spécialise dans pochette personnalisée batterie de cellule (y compris les variantes à poche incurvée, à haute densité énergétique et à basse température) pour des applications dans le domaine des dispositifs médicaux et des wearables. La décision d'adopter la technologie d'empilage est conforme à notre engagement en matière de performance, de flexibilité et de qualité.
- Densité énergétique volumétrique plus élevée: En utilisant l'empilage, nous maximisons la charge de matière active dans les sachets personnalisés, ce qui permet des temps de production plus longs dans des volumes compacts.
- Flexibilité de la conception: Notre processus d'empilage permet d'obtenir des formes et des tailles sur mesure, qu'il s'agisse d'une batterie fine et incurvée pour un vêtement ou d'un module compact pour un drone agricole.
- Fiabilité accrue: Les noyaux plats empilés signifient moins de points de contrainte, moins de risques de déformation interne, ce qui est essentiel pour les appareils à cycle élevé et à haute fiabilité.
- Fabrication sur mesure: Si l'empilage nécessite un équipement et un contrôle des processus plus sophistiqués, nos installations sont entièrement équipées pour répondre à ces exigences, ce qui fait de nous un leader en matière de solutions personnalisées.
Conclusion
En résumé, lors de la conception d'une batterie à poche pour des applications personnalisées et de haute performance - en particulier lorsque le facteur de forme, l'autonomie, la fiabilité ou les performances thermiques/structurelles sont importants - le processus d'empilage l'emporte sur la méthode d'enroulement traditionnelle. Avec une densité énergétique plus élevée, une meilleure cohérence interne, des performances thermiques et électriques supérieures et une plus grande souplesse de forme, les piles à poche empilées offrent des avantages indéniables.
Chez LanDazzle, nos solutions personnalisées de batteries à poche basées sur la technologie d'empilement permettent aux ingénieurs et aux concepteurs de produits de concrétiser des spécifications exigeantes. Si vous recherchez un partenaire de confiance pour les batteries lithium-ion, qui propose des solutions de piles à poche sur mesure basées sur la technologie d'empilement, contactez-nous dès aujourd'hui pour découvrir comment nous pouvons aider votre appareil à être plus performant.
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