（０９）學習電池的「電芯」、「模組」、「包」的差異
突然想問大家一個問題：在表示乾電池大小時，經常會看到「單１」、「單２」這樣的名稱，這個「單」到底是甚麼意思呢？
答案是「單位」。單就是單位的略稱。
這個「單」是從英文的「Unit Cell」（單電池或單電芯）而來，意思是這個電池單體可以在單一、單獨的狀態下完成電池的功能，是最小的「電池構成單位」，所以就略稱為「單」。在鋰離子電池上，最小構成單位通常是叫做一個「電芯（Cell）」或是「單芯（單Cell）」，但是根據其形狀不同，還分為「圓筒形電芯」、「（長）方形電芯」、「薄片型（Laminate）電芯」，差別其實很大。
圓筒形電芯顧名思義是一種圓筒狀的電池。大家平常經常看到的乾電池就是圓筒形，可以說是一種大家最熟悉的電池形狀。是將正極／負極／隔絕片（Separater）層層捲起來成為圓柱狀的構造（捲繞體），再封入圓筒形的金屬外殼中。
就鋰離子電池而言，主流的「單芯」是比乾電池大一輪左右的尺寸。最具代表性、也最常被人聽到的則是「１８６５０」（外徑約１８ｍｍ、長約６５ｍｍ）的型號。不論是筆記型電腦、手機、電動工具、一部份的電動車都有用到這種尺寸的電芯。
下圖就是圓筒形電芯的各種大小比較：
圓筒形的構造要比其他形狀的電芯容易生產，可以做出比較便宜的量產版本。另一方面，如果是大量堆疊圓筒形的電芯，會因為圓筒的形狀，而出現很多空隙，造成使用空間效率惡化的問題。此外，當電池容量增大時，要重複捲的層數也會增加，讓圓筒直徑變得更大，會使得直徑太大時，造成電芯中心的部分特別容易積熱的問題點。
電動車大廠特斯拉公司在２０２０年９月舉行的電池開發進展報告大會「電池日（Battery Day）」上，發表了大直徑的圓筒形電芯「４６８０」（如下圖，外徑約４６ｍｍ、長約８０ｍｍ）。顯然是在電芯廠（Panasonic）的協助下，一面克服直徑增大的種種問題、一面期待持續增大電池的容量，所開發出來的結果。
除了圓筒形以外，還有長方形或（薄片）袋形（Pouch）
（長）方形電芯也如字面的意義一樣，是使用四方形的外殼，然後將扁平狀的捲繞體封裝於其中。這種電芯因為是扁平四方體，尺寸上比較容易做得輕薄小巧，好比說大家身邊常用的數位相機等小型電子機器的交換型電池，通常就是使用這種電芯。此外，四方型在機械強度、單位體積下的能量密度的角度上也很適合汽車使用，因此在電動車上也很容易看到各種使用實例。
相對於圓筒型電芯或方形電芯是使用金屬罐殼體，薄片（袋）型電芯是使用「薄層膜（Laminate Film）」來作為外袋，所以外觀上與其說是像電池，更像是食品調理包一樣的銀色袋子，所以也被稱為袋型（Pouch）電芯。
作為外帶的薄層膜，因為材料特性與形狀自由度，會有更容易輕量化、薄型化、省空間的有利之處，而且散熱型也會比較優異，因此以智慧型手機為首的小型電子產品到大型的電動車，有相當廣泛的應用實例。相反地，因為封入外袋中的構造體通常是切成葉片狀的電極片夾入隔絕片、層層堆疊起來的層積體，相對於捲繞體而言，在生產與品質管理上的難度也提高不少。
下圖是村田製作所生產的鋰離子電池的薄片狀電芯
＝＝＝
沒有留言:
張貼留言