سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2701 : تاریخچه بسته بندی باتری
History of battery packaging
در این مقاله می‌خواهیم در مورد قالب و بسته بندی باتری صحبت کنیم. برخی از آنها به اواخر دهه 1800 بر می‌گردند. با سایناکو همراه باشید.
باتری‌های اولیه دهه‌های 1700 و 1800 در اروپا بیشتر در بطری‌های شیشه‌ای محصور شده بودند. با بزرگتر شدن اندازه باتری‌ها، شیشه‌ها به سمت ظروف چوبی مهر و موم شده و مواد ترکیبی تغییر قالب دادند. در دهه 1890، تولید باتری از اروپا به ایالات متحده گسترش یافت و در سال 1896 شرکت ملی کربن با موفقیت یک سلول استاندارد برای استفاده گسترده مصرف کننده تولید کرد. این باتری خشک روی-کربن کلمبیا بود، تولید 1.5 ولت و طول 6 اینچ.
با حرکت به سمت قابل حمل شدن تجهیزات، سلول‌های استوانه‌ای مهر و موم شده ظهور کردند که منجر به اندازه استاندارد شدند.
کمیسیون بین المللی الکتروشیمیایی (IEC)، یک سازمان استاندارد غیردولتی است که در سال 1906 تأسیس شد. این سازمان استانداردهای بیشتر باتری‌های قابل شارژ را ایجاد کرد. در حدود سال 1917، موسسه ملی استاندارد و فناوری، نامگذاری الفبا را كه امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد، رسمی كرد.
سلول 21700 با نام 2170 نیز شناخته می‌شود. IEC صفر دوم را برای نشان دادن قالب استوانه‌ای، نشان می‌دهد.
استانداردسازی شامل سلول‌های اولیه، بیشتر در کربن روی بود. باتری قلیایی فقط در اوایل دهه 1960 ظهور کرد. با محبوبیت روزافزون نیکل-کادمیوم مهر و موم شده در دهه 1950 و 1960، اندازه‌های جدیدی ظاهر شد که بسیاری از آنها از اندازه های “A” و “C” گرفته شده‌اند. با شروع دهه 1990، سازندگان لیتیوم یون از اندازه‌های معمول دور شدند و استانداردهای خاص خود را ابداع کردند.
یک استاندارد موفق، سلول استوانه‌ای 18650 است. این سلول‌ها در اوایل دهه 1990 برای لیتیوم یون ساخته شده و در لپ‌تاپ‌ها، دوچرخه‌های برقی و حتی وسایل نقلیه برقی (تسلا) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نحوه نامگذاری قالب سلول باتری
دو رقم اول 18650 قطر را بر حسب میلی متر مشخص می‌کند. سه رقم بعدی طول در دهم میلی متر است. یعنی قطر سلول 18650 به اندازه 18 میلی متر و طول 65.0 میلی متر است.
سایزهای دیگر با شماره‌گذاری مشابه مشخص می‌شوند. به عنوان مثال، یک سلول منشوری دارای شماره 564656P است. ضخامت آن 5.6 میلی متر، عرض 46 میلی متر و طول 56 میلی متر است. P مخفف Prismatic به معنای منشوری است. به دلیل تنوع زیاد شیمی و تنوع موجود در آنها، سلول‌های باتری، ترکیبات شیمیایی را نشان نمی‌دهند.
از زمان ظهور 18650 ، در حدود سال 1991، معیارهای جدید و مشهور دیگری وجود ندارد. چندین تولیدکننده باتری با استفاده از قطرهای کمی بزرگتر با اندازه های 20x70mm ، 21x70mm و 22x70mm شروع به آزمایش کردند. پاناسونیک و تسلا در مورد 21×70 تصمیم گرفتند، سامسونگ نیز تصمیم گرفته است و سایر تولیدکنندگان نیز از آن پیروی کردند. “2170” فقط کمی بزرگتر از 18650 است اما 35٪ انرژی بیشتر (از نظر حجم) دارد.
این سلول جدید در تسلا 3 مورد استفاده قرار می‌گیرد. شرکت سامسونگ در حال بررسی کاربرد‌های جدید این سلول در لپ‌تاپ‌ها، ابزارهای برقی، دوچرخه‌های الکترونیکی و موارد دیگر است. گفته می‌شود که بهترین قطرها از نظر ساخت بین 18 میلی متر و 26 میلی متر است و 2170 در این بین قرار می‌گیرد. (2170 با نام 21700 نیز شناخته می شود.) 26650 که قبلاً معرفی شد هرگز پرفروش نشد.
32650 در درجه اول در LiFePO4 (فسفات آهن لیتیوم) با ولتاژ اسمی 3.2V / سلول و ظرفیت معمولی 5000mAh موجود است. ابعاد 32×65 میلی متر است اندازه واقعی ممکن است کمی بزرگتر باشد تا عایق‌بندی و برچسب‌ها را امکان پذیر کند.
پیشنهاد: چه زمانی باتری اختراع شد؟
علاوه بر سلول‌های منشوری و کیسه‌ای، سلول‌های جدیدی برای خودروهای الکتریکی (EV) و سیستم‌های ذخیره انرژی (ESS) در حال ساخت است. برخی از این قالب‌ها ممکن است روزی به راحتی در ابعاد 18650 و در نسخه‌های پر انرژی و پرقدرت و توسط چندین سازنده تهیه شوند. سلول‌های منشوری و کیسه‌ای در حال حاضر قیمت بالاتری در هر وات نسبت به 18650 دارند.
بازارهای EV و ESS با دو فلسفه متمایز پیشرفت می‌کنند: استفاده از تعداد زیادی سلول کوچک تولید شده توسط یک فرآیند خودکار با هزینه کم، همانطور که توسط تسلا انجام شد. در مقابل سلول‌های بزرگتر در قالب‌های منشوری و کیسه‌ای با قیمت بالاتر برای وات ساعت (Wh) برای اکنون، همانطور که توسط سایر تولیدکنندگان EV انجام شده است.
با نگاهی به باتری‌های تلفن‌های همراه و لپ تاپ‌ها، می‌توان از استانداردهای تعیین شده فاصله گرفت. این امر تا حدی به دلیل ناتوانی تولیدکنندگان در توافق در مورد یک استاندارد است. به این معنی که اکثر دستگاه‌های مصرفی دارای سلول‌های سفارشی یا بسته باتری هستند. طراحی جمع و جور و تقاضای بازار، تولیدکنندگان را متضرر می‌کند. حجم زیاد برنامه‌ریزی شده امکان تولید اندازه‌های منحصر به فرد در محصولات مصرفی را فراهم می‌کند.
در روزهای اولیه، اندازه و ابعاد باتری ذاتاً “بزرگ” بود و البته این موضوع در کنوانسیون اندازه گیری منعکس شد. گرچه ممکن است در اواخر دهه 1800 نامگذاری “F” در حد متوسط دیده شده باشد ، اما پدران ما پیش بینی نمی کردند که باتری با ابعادی شبیه به یک کارت اعتباری بتواند انرژی مورد نیاز کامپیوترها ، تلفن ها و دوربین ها را تأمین کند. تمام شدن حروف به سمت اندازه های کوچکتر منجر به شماره گذاری ناخوشایند AA ، AAA و AAAA شد.
از زمان معرفی باتری 9 ولت در سال 1956، هیچ قالب جدیدی ظاهر نشده است. در همین حال دستگاه‌های قابل حمل ولتاژهای کاری را به 3 و 5 ولت کاهش می‌دهند. تعویض شش سلول (6S) به صورت سری برای دستیابی به سطح ولتاژ 9 ولت هزینه بالایی دارد و باتری 3.6 ولتی عملکرد بهتری دارد. باتری‌های جدید دارای یک سیستم کدگذاری برای جلوگیری از شارژ اولیه بیش از حد و همچنین الگوریتم صحیح شارژهای مکرر است.
باتری‌های استارتر برای وسایل نقلیه نیز از هنجارهای باتری پیروی می‌کنند که براساس استانداردهای BCI آمریکای شمالی، DIN اروپا و استانداردهای JIS ژاپن است. این باتری‌ها از نظر سایز و ابعاد مشابه یکدیگر هستند و این امکان تعویض آنها با یکدیگر را فراهم می‌کند. باتری‌های دیپ سایکل (چرخه عمیق) و ثابت از هیچ استانداردی پیروی نمی‌کنند و برای تعویض باید از سازنده اصلی تهیه شود. تلاش برای استاندارد کردن باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی ممکن است موثر واقع نشود و ممکن است به دنبال تلاش ناموفق برای استانداردسازی باتری‌های لپ تاپ در دهه 1990 انجام شود.
قالب های آینده سلول
استانداردسازی برای فرمت‌های سلول لیتیوم یون، به ویژه برای خودروهای الکتریکی متنوع است. تیم‌های تحقیقاتی، قالب‌های مختلف را مورد بررسی و ارزیابی قرار می‌دهند و امیدوار کننده‌ترین نوع سلول تا سال 2025 کیسه و قالب‌های استوانه‌ای 21700 خواهد بود.
امروزه متخصصان سلول منشور لیتیوم یونی را به عنوان سلطه گر بازار باتری خودروهای الکتریکی (EV) پیش بینی می‌کنند.
در همین حال، سامسونگ بر روی سلول منشوری کار می‌کند. LG به سمت سلول کیسه ای گرایش می‌یابد و پاناسونیک با سلول‌های استوانه ای 18650 و 21700 راحت‌تر است.
سیستم‌های بزرگ باتری برای ESS UPS، شناورهای دریایی و کششی از سلول‌های کیسه‌ای با ابعاد بزرگ که با فشار روی هم انباشته شده‌اند برای طولانی شدن طول عمر و جلوگیری از لایه لایه شدن استفاده می‌کنند. مدیریت حرارتی غالباً توسط صفحاتی انجام می‌شود که گرما را از لایه‌ها به سمت خارج هدایت می‌کنند.
نکات ایمنی با سلول‌های قابل شارژ
سلول‌های معمولی در اصل غیر قابل شارژ بوده و برای استفاده عمومی هستند. کاربرد معمول این سلول‌ها برای چراغ قوه، دستگاه‌های سرگرمی قابل حمل و کنترل از راه دور هستند. اتصال کوتاه شدن این باتری‌ها توسط کلید یا سکه در جیب شلوار، فقط باعث گرم شدن سلول قلیایی خواهد شد و موجب آتش گرفتن آنها نمی‌شود. در واقع به دلیل مقاومت داخلی زیاد این سلول‌ها، حین اتصال کوتاه، جریان هجومی برقرار نمی‌گردد و واکنش ناگهانی رخ نمی‌دهد.
سلول‌های قابل شارژ به طور معمول در ابعاد مشخص و مخصوص ساخته می‌شوند. در مورد 18650 یک استثنا وجود دارد. این سلول‌های لیتیوم یونی که به نظر می‌رسد مانند یک سلول بزرگ AA است ، در صورت بدرفتاری می‌توانند آسیب حاد، حتی مرگ ایجاد کنند. در صورت اتصال کوتاه شدن، و عدم محافظت صحیح، از آنها شعله خارج می‌شود. هنگامی که انفجار جت مانند در حال انجام است ، از بین بردن اتصال کوتاه واکنش را متوقف نمی‌کند و سلول می‌سوزد. توانایی لیتیوم یون در ارائه توان بالا مشخصه‌ای است که باید مورد احترام قرار گیرد.
سلول 18650 را می‌توان با مدارهای محافظتی که در شرح داده شده ایمن ساخت.
مدار محافظ، جریان بیش از حد سلول را کنترل و باتری را قطع می‌کند. معمولاً دلایل آتش سوزی این سلول، استفاده از باتری بدون مارک با کیفیت پایین است. باتری‌های لیتیوم یون در صورت ساخت توسط سازنده معتبر ایمن هستند.
منابع :
