Celle al litio: differenze, utilizzi e come scegliere le migliori
23/01/2020 – Batteria litio veicoli elettrici, Batterie litio industria, Blog, Tutto sulle batterie al litio
In questo articolo analizzeremo i formati di celle al litio presenti sul mercato e capiremo quali sono migliori per le applicazioni industriali.
Uno degli elementi fondamentali delle batterie al litio sono sicuramente le celle che le compongono.
I formati di celle al litio più diffusi ad oggi in produzione sono 3:
Le Celle Cilindriche utilizzate per le batterie al litio sono molto simili alle batterie che abbiamo nei telecomandi di casa. Il formato più comune è il 18650 (18mm di diametro con altezza 650mm), ma ne esistono anche altri come il 21700, 26650 oppure ci sono soluzioni customizzate scelte dal produttore delle celle stesse.
I vantaggi dell’utilizzo delle celle cilindriche al litio sono il case resistente e la possibilità di cambiare chimica mantenendo invariata la meccanica di contenimento.
Gli aspetti negativi delle celle cilindriche al litio sono la bassa capacità della singola cella, arrivano al massimo a 3Ah e le celle vengono assemblate in serie e in parallelo con una saldatura.
Questa tipologia costruttiva non permette sostituzioni di una singola cella ma impone la sostituzione di un intero modulo con interventi più invasivi e costosi. Se il tuo mezzo industriale ti segnala un problema sulla batteria, allora dovrai sostituire l’intero modulo incappando in onerosi fermi macchina.
Oltre a ciò la bassa capacità dei singoli elementi ed il conseguente “parallelo” di molti elementi spesso provoca un calo della sicurezza dell’intero pacco di batterie al litio.
Esempio.
La maggior parte degli assemblatori di accumulatori al litio mette in parallelo n. celle per arrivare alla capacità desiderata, per esempio se occorre una capacità di 200 Ah e vengono utilizzate celle da 2,5 Ah dovrà mettere 80 celle in parallelo, avendo tutte queste celle collegate in parallelo.Se una di queste per un problema interno va in corto circuito non assorbirà solo la sua energia ma dovrà dissipare anche tutta l’energia delle 80 celle cilindriche che ha in parallelo.
Questo fenomeno potrebbe trasformarsi in un elevatissimo calore lato modulo provocando anche effetti disastrosi come il fuoco.
Per evitare questo, i grandi produttori come Tesla usano processi produttivi molto sofisticati che permettono di connettere le celle in parallelo utilizzando una specie di fusibile. Se una cella va in corto il “fusibile” salta ed il pacco batteria rimane sicuro.
Purtroppo però non ci sono produttori di batterie al litio nel mercato industriale che dispongono di queste tecnologie. Questi aspetti negativi, ci hanno portato ad evitare questa tipologia di cella nelle batterie Flash Battery.
Nelle celle al litio Pouch, chiamate così proprio per la loro forma a pacchetto/busta, le dimensioni cambiano molto in funzione delle scelte costruttive del produttore.
L’aspetto positivo di questa tecnologia al litio è l’alta densità energetica che si riesce ad ottenere ed il basso costo dell’involucro. Si trovano sul mercato celle pouch da qualche centinaio di mAh fino a 20Ah, sono pochissimi i produttori che superano questa soglia
L’aspetto sicuramente più negativo è la delicatezza di questo involucro, basta molto poco per rovinarla, anche con un’unghia si può danneggiare irreparabilmente.
Nell’utilizzo di questa tipologia risulta molto importante il sistema di impacchettamento delle celle, il quale deve impedire qualsiasi tipo di stress alle singole celle: vibrazioni, schiacciamenti e deformazioni.
Il sistema di impacchettamento delle celle per la creazione dei moduli è molto importante pertanto risulta complicato, se non impossibile, realizzare moduli custom.
Le celle risultano sempre di capacità medio bassa.
Per realizzare pacchi batterie industriali servirebbero decine di celle in parallelo andando ad abbassare la sicurezza del pacco batterie. Anche in questo caso le singole celle vengono saldate per collegarsi in serie o parallelo, e risulta pertanto impossibile sostituire una cella, occorre sostituire tutto il modulo.
Le celle al litio prismatiche, hanno un case solido normalmente in materiale plastico oppure metallico (alluminio), si presentano con terminali a vite o a saldare
Il case delle celle prismatiche è molto resistente, si prestano molto alla creazione di pacchi batterie customizzati potendo evitare studi elaborati e test costosi sugli stress meccanici.
Elevata capacità dei singoli elementi, si può arrivare con una sola cella fino a 300Ah, questo è molto apprezzato nella creazione di batterie con importanti capacità come il mercato industriale, evitando paralleli di celle aumenta notevolmente la sicurezza dell’intero pacco.
Un altro aspetto importante sono i poli a vite, questo semplifica l’assemblaggio e rende facile le eventuali operazioni di sostituzione di un elemento, anche on site.
Lo svantaggio delle celle al litio prismatiche è l’alta densità energetica leggermente inferiore dovuta dalla tipologia del case di contenimento.
Provando a riassumere le informazioni sulle celle al litio sopra riportate potremmo dire che:
Proprio per le loro caratteristiche abbiamo scelto le celle prismatiche per le batterie Flash Battery.
Ci permettono di ottenere performance di alta qualità sia applicate ai macchinari industriali che ai veicoli elettrici.
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