תכונות עיקריות של סוללות ליתיום גליליות, פריזמטיות ופולימריות
סוללות ליתיום עגולות מתייחסות לסוללות ליתיום גליליות. סוללת הליתיום הגלילית המוקדמת ביותר הייתה סוללת הליתיום 18650 שהומצאה על ידי SONY היפנית בשנת 1992. מכיוון שלסוללת הליתיום הגלילית 18650 יש היסטוריה ארוכה, קצב החדירה לשוק גבוה מאוד. סוללות ליתיום גליליות משתמשות בתהליך סלילה בוגר למדי, עם רמה גבוהה של אוטומציה, איכות מוצר יציבה ועלות נמוכה יחסית. ישנם סוגים רבים של סוללות ליתיום גליליות, כגון 14650, 17490, 18650, 21700, 26650, וכו'.
סוללות ליתיום מנסרות מתייחסות בדרך כלל לסוללות מנסרות מאלומיניום או פלדה. עם עליית סוללות הכוח לרכב בשנים האחרונות, הסתירה בין טווח הרכב וקיבולת המצבר הופכת יותר ויותר בולטת. יצרני סוללות כוח רבים משתמשים בעיקר בסוללות מנסרות מאלומיניום עם צפיפות אנרגית סוללה גבוהה יותר. מכיוון שהמבנה של סוללות פריזמטיות פשוט יחסית, בניגוד לסוללות גליליות המשתמשות בפלדת אל חלד בעלת חוזק גבוה כמעטפת ואביזרים כגון שסתומי בטיחות חסיני פיצוץ, האביזרים הכוללים הם קלים ובעלי צפיפות אנרגיה גבוהה יחסית. לסוללות פריזמטיות יש שני תהליכים שונים: סלילה ולמינציה.
סוללות ליתיום פולימרי הן סוללות מרובעות המשתמשות באלקטרוליטים קולואידים פולימריים או מוצקים. תהליכי הייצור שלהם דומים מאוד. נכון לעכשיו, רוב הסוללות הרכות בשוק שייכות לסוללות פולימריות. סוללות ליתיום פולימריות משמשות בעיקר במוצרי 3C מתקדמים כגון טלפונים ניידים וטאבלטים. מכיוון שהאלקטרוליטים הפולימריים כולם מסונתזים באופן מלאכותי, העלות גבוהה יחסית. נכון לעכשיו, אין יתרון עלות בסוללות חשמל. יתרה מכך, סוללות פולימר מועדות לסכנה מכיוון שאין להן מעטפת קשיחה להגנה, ולכן יש לנקוט באמצעי בטיחות תואמים בעת השימוש בהן.
שלוש סוללות שונות צריכות לעבור סדרה של שלבים במהלך תהליך הייצור. להלן חלק מציוד הליבה:
ציוד קדמי (ייצור אלקטרודות)
מערבל ואקום במעבדה: משמש לערבוב של חומרי סוללה במצב מוצק חיובי ושלילי, הוספת ממיסים וערבול לכדי תמיסה.
מכונת ציפוי סוללות: מצפים באופן אחיד את התרחיץ המוקש על קולט הזרם של רדיד הנחושת או רדיד האלומיניום, שהוא הציוד הקריטי ביותר בתהליך הקדמי.
מכונת לחיצת רולר סוללה: דחוס את חומר האלקטרודה המצופה כדי להשיג את העובי והצפיפות האידיאליים.
מכונת חיתוך: חותכים את חומר האלקטרודה הדחוס לגודל הנדרש.
ציוד באמצע שלב (סינתזת תאים)
מכונת פיתול סוללות או מכונת ערימת סוללות: גלגל או ערם את הלוחות החיוביים והשליליים יחד עם הדיאפרגמה ליצירת תא לא מופעל.
מכונת ריתוך נקודת סוללה: משמש לריתוך אוזני המוט של התא כדי להבטיח את חיבור התא.
מזרק דיגיטלי אלקטרוליט: הזרקת אלקטרוליט לתא, שהוא ציוד הליבה של תהליך אמצע השלב.
סוללת ליתיום גלילית
יתרונות:
• עקביות יחיד טובה, תהליך ייצור בוגר, רמה גבוהה של אוטומציה, איכות מוצר יציבה ועלות נמוכה יחסית.
• עמידות בלחץ גבוהה, בטוחה ולא קלה לפיצוץ, צפיפות אנרגיה גבוהה, עמידות נמוכה.
• תרחישי יישום עשירים, שטח פנים ספציפי גדול, אפקט פיזור חום טוב.
• סוללות גליליות הן בדרך כלל סוללות אטומות, ואין בעיית תחזוקה במהלך השימוש.
• למעטפת הסוללה תכונות מכניות טובות ועמידות בלחץ גבוהה, ובעצם ללא בליטה והתרחבות.
סוללת ליתיום פריזמטית
יתרונות:
• אמינות אריזה גבוהה, יעילות אנרגטית גבוהה של המערכת, משקל קל יחסית וצפיפות אנרגיה גבוהה.
• המבנה פשוט יחסית, ההרחבה נוחה יחסית, קיבולת התא הבודד גדולה והיציבות טובה יחסית.
• ההתנגדות הפנימית נמוכה, והיא יכולה לפרוק ברציפות עם זרם גדול.
• מעטפת האריזה עשויה ברובה מסגסוגת אלומיניום ופלדת אל חלד, בעלת יציבות טובה ואינה ניזוקה בקלות מפגיעות חיצוניות.
סוללת ליתיום פולימר
יתרונות:
• ביצועי בטיחות טובים, בעצם ללא פיצוץ, לכל היותר בליטה, כאשר מתרחשת בליטה, המאפיינים ברורים, וקל לנקוט באמצעים בזמן.
• קל משקל, משקלן של סוללות פולימר קל ב-40% מזה של סוללות ליתיום במעטפת פלדה בעלות אותה קיבולת, וקל ב-20% מזה של סוללות ליתיום במעטפת אלומיניום.
• קיבולת גדולה, הקיבולת של סוללות פולימר גבוהה ב-10-15% מזו של סוללות מעטפת פלדה מאותם מפרטים וגדלים, וגבוהה ב-5-10% מזו של סוללות מעטפת אלומיניום.
• התנגדות פנימית נמוכה, ההתנגדות הפנימית של סוללות פולימר קטנה מזו של סוללות ליתיום, מה שמפחית מאוד את הצריכה העצמית של הסוללות.
• עיצוב ופריסה גמישים, ניתן לכופף ולעוות סוללות פולימר לפי הצורך, מתאים למוצרים בעלי עיצוב גמיש.
האמור לעיל מסכם את המאפיינים העיקריים של שלושת סוגי סוללות הליתיום, שלכל אחת מהן יש את תרחישי היישום והיתרונות הספציפיים שלה. לסוללות ליתיום גליליות יש יתרונות בתחומים מסוימים בשל הטכנולוגיה הבוגרת והעקביות הגבוהה שלהן. סוללות ליתיום פריזמטיות מועדפות בתחומים כמו כלי רכב חשמליים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה והמבנה הפשוט שלהן, בעוד שסוללות ליתיום פולימריות נמצאות בשימוש נרחב בתחומים כמו מוצרי צריכה אלקטרוניים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה והגמישות העיצובית שלהן.
PACK סוללת ליתיום היא חלק הכרחי בייצור סוללות ליתיום. בין אם מדובר בסוללות ליתיום גליליות או סוללות ליתיום מנסרות או פולימריות, ניתן להרכיב אותן יחד עם תאי סוללה, לוחות הגנה, מעגלים ורכיבים אחרים בתהליך ה-PACK ליצירת מוצר סוללת ליתיום שלם, המבטיח את הבטיחות, האמינות ויציבות הביצועים של סוללות ליתיום. בתהליך הייצור, סדרת ציוד בדיקה כגון CCD Tester ובודקי BMSדרושים גם כדי להבטיח את היישום של חבילות.
