Tipi di batterie al litio: formato delle celle al litio
Celle cilindriche al litio
Come si può facilmente intuire, le celle cilindriche hanno forma cilindrica, sono le più comuni e sono state tra le prime ad essere prodotte in serie. Possono avere diversi diametri, il più comune dei quali è il formato 1865, dove il numero 18 indica il diametro (18 mm) e il numero 65 la lunghezza (65 mm). Esistono tuttavia altri formati, come il 2170 o, ancora, quello adottato più recentemente da Tesla, pioniere delle batterie al litio per auto elettriche, con il suo 4680 utilizzato per alimentare la Tesla Model Y. A parte alcune case automobilistiche che hanno fatto questa scelta, le celle cilindriche sono comunemente utilizzate in pacchi batteria di medie e piccole dimensioni , ad esempio nella micromobilità (biciclette, scooter e ciclomotori), utensili portatili, dispositivi medici e così via.
Celle a sacca di litio
Queste celle al litio prendono il nome dalla loro forma a sacchetto. Sono leggere e, non essendo intrinsecamente robuste, durante la produzione del modulo è necessario inserire protezioni speciali, come l'aggiunta di telai in alluminio, per conferirgli una certa solidità strutturale. Sono disponibili in diverse dimensioni, che possono essere personalizzate in base alle esigenze del produttore. Queste celle trovano impiego principalmente in smartphone, droni, computer portatili e nell'industria automobilistica.
Celle prismatiche al litio
Le celle prismatiche al litio hanno un involucro rettangolare solido in alluminio o in un materiale plastico molto resistente. I componenti interni sono disposti a strati. Sono disponibili in diverse dimensioni e formati a seconda del campo di applicazione. I singoli componenti possono raggiungere un'elevata capacità. Grazie alla loro struttura, le celle prismatiche sono particolarmente adatte alla produzione di batterie al litio per l' industria dei macchinari e dei veicoli industriali , o per il settore dell'accumulo di energia , che in genere richiedono capacità medio-alte.
I vantaggi e gli svantaggi dei vari tipi di celle sono già stati discussi, ma poche persone si informano sul processo di produzione delle celle delle batterie agli ioni di litio e sul suo funzionamento.
Sebbene i molti tipi di celle che compongono una batteria al litio appaiano molto diversi tra loro se visti dall'esterno, è sorprendente scoprire quanto siano simili i loro interni. I diversi tipi di produzione e assemblaggio di celle di batteria verranno ora esplorati in modo più dettagliato.
Confronto tecnico
Le celle cilindriche sono generalmente prodotte in modelli standard per quanto riguarda le dimensioni. Un formato comune è il tipo 18650 (18 mm di diametro, 65 mm di altezza) . Questo tipo ha una massa totale di circa 45 grammi e può supportare una capacità da circa 1.2 a 3 Ah a seconda della tecnologia impiegata.
Le celle a sacchetto hanno una costruzione morbida che richiede l'uso di una struttura di supporto con queste celle. Inoltre, la cella non deve essere posizionata vicino a spigoli vivi. La gamma di capacità approssimativa della cella è di 2.5-8 Ah e il peso approssimativo è di 75-225 g.
Le celle prismatiche sono prodotte con capacità che vanno da pochi Ah, destinate a laptop e telefoni cellulari, a centinaia di Ah, progettate per applicazioni nei veicoli elettrici . Il peso varia da 0.8 a 5.2 kg.
Le celle prismatiche sono la scelta migliore per le batterie dei carrelli elevatori
Le differenze nella tecnologia delle batterie oggi consentono ai clienti di scegliere la soluzione migliore per le loro applicazioni. Pertanto, le celle prismatiche al litio sono la tecnologia preferita per le apparecchiature di movimentazione dei materiali (MHE):
Capacità nominale di centinaia di Ah. Questa tecnologia offre il miglior rapporto tra potenza ed energia per unità di volume. Ciò è particolarmente importante nelle batterie ad alta capacità, alta corrente e tensione relativamente bassa utilizzate nei sistemi di scambio termico conduttivo (MHE).
Utilizzo ottimale dello spazio disponibile nel pacco batteria. Non sono presenti cavità tra le celle. Ciò consente di massimizzare la capacità del pacco batteria, lasciando comunque spazio sufficiente per eventuali pesi aggiuntivi, guarnizioni, elementi riscaldanti, caricabatterie interni o altri aggiornamenti della batteria, il tutto all'interno dello spazio limitato del vano batteria.
I contatti sono sufficientemente robusti per garantire un collegamento affidabile delle barre collettrici. Questo è un fattore di sicurezza di fondamentale importanza, soprattutto in presenza di forti vibrazioni, in particolare nei carrelli elevatori con pneumatici a cuscino.
Peso flessibile della batteria. Il peso del pacco batterie agli ioni di litio non rappresenta un limite per la maggior parte delle attrezzature per la movimentazione dei carichi in termini di autonomia per singola ricarica (a differenza dei veicoli elettrici per il trasporto passeggeri). I carrelli elevatori operano per lo più in prossimità delle stazioni di ricarica e le loro batterie sono spesso progettate come contrappeso.
Impilamento di singoli fogli
Questa soluzione prevede di tagliare singolarmente i fogli di anodo, catodo e separatore, utilizzando un braccio robotico per ciascuno, e quindi impilarli uno sopra l'altro fino a creare l'intera cella al litio.
Le altre due tecniche costruttive, invece, danno come risultato un unico foglio che può essere arrotolato su se stesso in vari modi.
Processo di piegatura a Z
Il metodo di piegatura noto come piegatura a Z vede gli anodi e i catodi tagliati in fogli, mentre il separatore rimane continuo. In questo caso, i fogli di anodo e catodo vengono prima tagliati e poi inseriti nel separatore, un rullo continuo che mantiene separati i due elettrodi mediante un processo di piegatura a Z.
Processo di laminazione
Il processo di laminazione consiste nell'arrotolare insieme quattro fogli di materiale, prima impilati uno sopra l'altro (foglio anodico + separatore + foglio catodico + separatore), e poi laminati su una base cilindrica o ovoidale per dare la tipica forma del prismatico o cilindrico cassa cellulare.
Come già illustrato, le modalità di assemblaggio possono essere diverse, ma la composizione delle celle della batteria rimane la stessa. Nelle immagini dei vari processi di assemblaggio si nota come l'anodo abbia un colore di base marrone, in quanto il rivestimento è depositato su un sottile strato di rame. Poi viene il separatore plastico o ceramico e infine il catodo, che è di colore grigio, poiché depositato su uno strato di alluminio.