La "disputa de forma" de las celdas de batería de litio nunca se ha detenido: las células cilíndricas ocupan la mitad del mercado de electrónica de consumo con modelos como 18650 y 21700, mientras que las células cuadradas se han convertido en la corriente principal de las baterías eléctricas debido a su alta integración. La evolución tecnológica de las dos formas es esencialmente una respuesta precisa a las necesidades de diferentes escenarios.
1 Batería cilíndrica Celdas: ventajas inherentes de estandarización y disipación de calor
La competitividad central de las celdas de batería cilíndrica se encuentra en una alta estandarización. El tamaño estándar de 18650 celdas de batería con un diámetro de 18 mm y una longitud de 65 mm hace que sea fácil para el rendimiento de producción automatizado exceder el 95%, y la capacidad de producción diaria de una sola línea de producción puede alcanzar 500000 piezas. La celda de batería 4680 de Tesla ha aumentado su densidad de energía en 5 veces al aumentar su diámetro a 46 mm. Al mismo tiempo, adopta un diseño de oído sin paso, que acorta la ruta actual y reduce la generación de calor en un 40%. Combinado con la placa refrigerada por agua inferior, puede soportar una carga ultra rápida 5c (completamente cargada en 12 minutos).
La disipación de calor uniforme traída por la estructura circular es otra ventaja importante. En las computadoras portátiles, la diferencia de temperatura de los paquetes de baterías cilíndricas paralelos de series múltiples se puede controlar dentro de 3 grados, mucho más baja que los 5 grados de celdas cuadradas. Un cierto juego originalmente usó 21700 celdas de batería cilíndrica. Después de funcionar a toda carga durante 4 horas consecutivas, la temperatura de la batería alcanzó un máximo de 42 grados, mientras que el mismo modelo de configuración que usaba celdas de batería cuadrada alcanzó 48 grados. En el campo de las herramientas eléctricas, las células cilíndricas tienen un mejor rendimiento contra la vibración. Después de la prueba de vibración de aceleración de 10 g, la tasa de atenuación de la capacidad es 15% más baja que la de las células cuadradas, lo que las convierte en la opción preferida para los ejercicios de impacto y los molinillos de ángulo.
La combinación modular de células cilíndricas tiene una alta flexibilidad. Al usar diferentes conexiones paralelas en serie, es posible adaptarse rápidamente a los requisitos de voltaje que varían de 1.5V a 1000V. Una cierta marca de energía al aire libre utiliza celdas de batería 18650 y lanza una serie de productos con capacidades que van de 500Wh a 3000Wh a través de una combinación de "bloque de construcción". El ciclo de investigación y desarrollo se ha acortado a 3 meses, ahorrando el 50% del tiempo en comparación con las soluciones de celdas de batería cuadrada.
2 celdas de batería de forma cuadrada: ventajas de la utilización y personalización del espacio
Las celdas de batería cuadradas sobresalen en las capacidades de utilización y personalización del espacio. Al ajustar las dimensiones de longitud, ancho y altura, las celdas de batería cuadradas se pueden adaptar a diferentes cavidades del dispositivo. Una celda de batería cuadrada personalizada de un determinado fabricante de teléfonos móviles tiene un grosor de solo 3.5 mm, reduciendo el peso del cuerpo en un 10% y aumenta la capacidad a 5000 mAh. En el campo de las baterías eléctricas, la cubierta rígida de las celdas cuadradas puede soportar una mayor compresión, y la probabilidad de cortocircuito en las pruebas de punción con aguja es 25% menor que la de las células cilíndricas. La batería de la cuchilla de BYD extiende la longitud de las celdas cuadradas a 1.2 metros, y a través de la disposición de la matriz, la tasa de utilización del volumen aumenta al 60%, que es 20 puntos porcentuales más altos que las celdas cuadradas tradicionales.
La popularización de la tecnología de laminación ha mejorado aún más el rendimiento de las celdas de batería cuadrada. En comparación con la tecnología de devanado tradicional, la tasa de utilización de las placas de electrodos en las células cuadradas laminadas se ha incrementado al 95%, y el error de consistencia de la capacidad se controla dentro del 2%. La tecnología CTP (no módulo) de CATL integra celdas cuadradas directamente en paquetes de baterías, ahorrando el 20% de los componentes estructurales y logrando una densidad de energía de 290wh/kg, que es un 10% más alta que la solución CTP para las células cilíndricas. En el campo del almacenamiento de energía, las baterías de forma cuadrada tienen una ventaja en la vida útil del ciclo. Una cierta batería de fosfato de hierro de litio cuadrado de 100Ah tiene una tasa de retención de capacidad del 80% después de 10000 ciclos, que es 15 puntos porcentuales más altos que las baterías cilíndricas de la misma especificación.
3 Integración y diferenciación: la dirección futura de la hoja de ruta tecnológica
Dos formas se están moviendo hacia la "innovación integrada". La celda de la batería cilíndrica adopta el proceso de apilamiento de la celda de batería cuadrada, y la celda de la batería 4680 utiliza el devanado apilado, con un aumento adicional del 10% en la densidad de energía; Se ha adoptado el concepto de estandarización de la introducción de células cilíndricas en celdas de batería cuadrada. Las celdas de baterías "cilíndricas cuadradas" lanzadas por la aviación de Innovación de China conservan la carcasa cuadrada mientras usan núcleos de polos circulares, equilibrando la disipación de calor y la eficiencia del espacio. En el paquete de baterías de modelos SUV, la tasa de utilización del volumen se ha incrementado en un 5%.
La diferenciación de los escenarios se está volviendo cada vez más clara: en campos como la electrónica de consumo y las herramientas eléctricas que requieren una alta estandarización, las baterías cilíndricas siguen siendo la opción preferida, y 21700 baterías ya han alcanzado una cuota de mercado del 70% en llaves eléctricas; En escenarios de alta capacidad, como nuevos vehículos de energía y almacenamiento de energía, las celdas cuadradas dominan con sus ventajas de integración, lo que representa más del 60% de las baterías eléctricas globales. En el futuro, con el desarrollo de la tecnología CTC (chasis integrado de células), las dos formas pueden diferenciar aún más las células cilíndricas que evolucionan hacia la miniaturización de alta magnificación y las células cuadradas que se rompen hacia componentes estructurales a gran escala e integrados, que finalmente continúan profundizando su experiencia respectiva en sus respectivos escenarios.