От конструкции корпуса аккумулятора Li-ion зависит то, как он будет работать, храниться и заряжаться, какие ограничения получит, сможет ли разместиться внутри батарейной сборки, либо в лотке смартфона или любого другого электронного устройства.
Узнайте, какие три основных варианта есть у производителей. Чем они отличаются и какие особенности изготовления на производстве — обо всём кратко и простым языком далее в статье.
Особенности трёх основных форм-факторов литиевых аккумуляторов
Форматы аккумуляторов Li-ion доступны в жёстких цилиндрической и призматической («прямоугольной») конструкциях, а также в мягких полимерных корпусах в виде «мешочка». У каждого корпуса свои особенности, плюсы и минусы.
Все форм-факторы Li-ion применяют механизмы безопасности.
1. Цилиндрический корпус аккумулятора Li-ion
Хорошо зарекомендовавшая себя технология, которая используется для многих типов сборных аккумуляторных батарей, включая блоки тягового питания электромобилей.
Такие аккумуляторы занимают много места.
Цилиндрический форм-фактор литий-ионного аккумулятора изготавливается следующим образом:
- • длинные полосы катодной фольги, сепаратора (разделителя) и анодной фольги скатываются в «рулон»;
- • готовый материал помещается в жёсткий корпус из нержавеющей стали, алюминия или композитных материалов;
- • конструкция заполняется жидким электролитом;
- • устанавливается защита в верхней части сборки;
- • электроды привариваются к внешним клеммам батареи (контактные элементы в виде площадки снизу и вверху, либо проводов с одной стороны);
- • ячейка герметично закрывается путём обжатия верхней площадки сборки.
2. Призматический корпус аккумулятора Li-ion
Призматические элементы тоньше цилиндрических, потому лучше подходят компактным мобильным устройствам (от недорогих телефонов и смартфонов до ноутбуков и электроинструмента).
Дорогие в изготовлении, корпус хоть и меньше, но занимает пространство внутри устройств и увесист.
Есть два варианта изготовления призматических Li-ion-аккумуляторов:
- а) методом рулонной намотки — катодная фольга, сепаратор и анодная фольга скручиваются в рулон в точности как по методу изготовления цилиндрического форм-фактора литий-ионного аккумулятора, только с меньшим радиусом закручивания и широким основанием;
- б) колодным способом — электродный и разделительный материал разделены кусками прямоугольной формы и размещены по принципу стопки колоды карт пластами.
Дальнейшее изготовление аккумулятора призматического форм-фактора:
- • установка клемм в виде контактных площадок (сверху или сбоку корпуса);
- • соединение клемм с контроллером (печатная плата с логикой управления);
- • установка материала, проводки и контроллера в жёсткий корпус (пластик, композитные материалы, алюминий);
- • соединение контроллера с шлейфом питания или контактной площадкой.
3. «Pouch-cell» или «пакетная ячейка» — мягкий корпус аккумулятора Li-ion
Похожи по форме на призматические ячейки, но вместо жёсткого корпуса используется тонкий гибкий полимерно-алюминиевый ламинат.
Не так безопасны и долговечны, как призматические, имеют склонность к вздутию.
Форм-фактор литий-ионного аккумулятора в виде «пакета-ячейки» экономит затраты производителя на изготовление. Потребителю они выгодны тем, что размеры и вес меньше при той же ёмкости. Основной недостаток — характеристики безопасности и долговечности снижены.
Изготовление литий-ионных аккумуляторов в корпусе «Pouch-cell»:
- • колодным методом или намоткой укладывается электродный и разделительный материал;
- • электроды имеют выводы с одной стороны;
- • клеммы привариваются к электродам;
- • как и у призматических ячеек, устанавливается контроллер;
- • материал пропитывается жидким электролитом;
- • вместо жёсткого металлического корпуса всё помещается в многослойный гибкий полимерно-алюминиевый «мешок» или «пакет»;
- • конструкция запечатывается;
- • устанавливаются разъёмы (типовой штекер, шлейф или контактная площадка).
***
По очевидным причинам, использовать цилиндрический форм-фактор литий-ионного аккумулятора в смартфоне нецелесообразно. Такие ячейки займут много внутреннего пространства.
Даже если цилиндрические ячейки сделать очень малого радиуса и положить в ряд.
Гораздо выгоднее в таких устройствах применить тонкие призматические ячейки или даже ламинированные «Pouch-cell». Последние становятся всё более популярными благодаря низкой себестоимости и компактности.
Сниженную безопасность вздувающихся пакетных ячеек нивелируют «умные» системы контроля заряда. В аппаратной логике и операционной системе самой электроники многие процессы поддаются тонкой настройке.
