Lithium-Ionen-Zellen gibt es in drei Bauformen: zylindrisch, prismatisch oder als Pouch-Zelle, also taschenförmig. Zylindrische Zellen werden auch als Rund- oder Wickelzellen bezeichnet, prismatische Zellen haben ein rechteckiges Format. Die unterschiedlichen Bauformen bringen unterschiedliche Eigenschaften mit sich. Welches Zelldesign das Beste ist, hängt von den Anforderungen der geplanten Anwendung ab.
Zylindrisches Zelldesign empfiehlt sich für alle Applikationen, die auf robuste, vibrations- und schockresistente sowie mechanisch belastbare und in der Herstellung kostengünstige Batteriezellen angewiesen sind, die erhöhtem Innendruck standhalten. So erfordern beispielsweise Weltraum-Anwendungen zwingend großformatige Rundzellen. Doch auch in der maritimen Industrie oder den Segmenten Automobil, mobile Maschinen und Geräte sowie Luftfahrt könnten die mechanisch stabilen Zellen buchstäblich tragende Funktionen in der Fahr- oder Flugzeugkonstruktion einnehmen. Insbesondere in Kombination mit der Zellchemie Lithium-Eisen-Phosphat bietet das zylindrische Zelldesign die höchstmögliche Sicherheit für Menschen, die sich auf dem Wasser, in der Luft, unter der Erde oder im Weltall fortbewegen.
Die Batterieauslegung und die Stückzahlen bilden weitere Faktoren bei der Entscheidung für oder gegen ein Zelldesign. Die Qualität in der Produktion von Rundzellen ist hoch, sie können schnell, effizient und wiederholgenau hergestellt werden. Die Elektrodenfolien werden dabei maschinell von einer Rolle auf einen Dorn gewickelt. Die Wickelmaschinen arbeiten extrem genau und mit hoher Geschwindigkeit. Das Grundprinzip der Zellwickel ist damit – im Gegensatz zu der Herstellung von gestapelten Pouch- oder prismatischen Zellen – einfach. Sie benötigen nur wenige Prozessschritte und erzeugen kaum Verschnitt. Daher können großformatige Wickelzellen deutlich kostengünstiger produziert werden.
Pouch-Zellen haben den Vorteil, dass die Druck- und Flächenbelastung der Elektroden ausgeglichen ist. Das Gehäuse besteht aus einer verschweißten Folie, somit ist die Pouch-Zelle die einfachste Zelle in Bezug auf die Stückzahl der Gehäuseteile. Allerdings erfordern die Pouch-Zellen den Einsatz eines Rahmens, da sie mechanisch nicht belastbar sind, wodurch ihre besonderen Kostenvorteile durch die Einsparungen bezüglich des Volumens und Gehäuses teilweise wieder entfallen. Die prismatische Zelle hat ein teures Gehäuse und die gleiche Anzahl von Komponenten wie eine Rundzelle.
Das Gehäuse zylindrischer Zellen eignet sich für alle gängigen Zellchemien, auch das ist ein Alleinstellungsmerkmal des zylindrischen Zelldesigns. Das Gehäuse ist im Vergleich zu Pouch-Zellen relativ schwer, jedoch stabil. Insbesondere stark gasende (manganreiche) Zellchemien erfordern ein derart innendruckresistentes Gehäuse. Zudem trägt das stabile Gehäuse der zylindrischen Zellen zur ihrer ausgeprägten Schock- und Vibrationsresistenz sowie zu ihrer Tragfähigkeit innerhalb einer mechanischen Konstruktion bei.
Im Batterie-Pack werden die Rundzellen stabil und sicher, auf Wunsch auch mittels Gewinde, angeschlossen. Das Pack selbst ist propagationssicher. Das bedeutet, dass der thermische Effekt einer einzelnen Zelle nicht in einem Dominoeffekt das gesamte Pack durchschlägt. Mäntel und Pole liegen offen und können von der Luft gut umströmt und gekühlt werden. Doch auch eine Mantelkühlung mit Kühlschläuchen zwischen den Zellen ist möglich, ebenso eine Pol-Kühlung.
EAS entwickelt und produziert seit 25 Jahren großformatige Rundzellen für einen festen und stetig wachsenden Kundenstamm. Mittlerweile vertrauen auch große Automobilhersteller EAS die Entwicklung ihrer neuen Zellen an – aufgrund der hohen und beständigen Qualität des bestehenden EAS-Zellportfolios. Insbesondere LFP- und Hochleistungszellen gehören zu den Kernkompetenzen von EAS.
Dass sich das zylindrische Zelldesign auch in Zukunft durchsetzen wird, zeigt sich unter anderem darin, dass neben einigen Forschungsansätzen zu neuen Zellkonstruktionen stark in die Optimierung der bestehenden Technologien investiert wird. So arbeitet auch EAS daran, weiteres Optimierungspotential auszuschöpfen. Auf lange Sicht werden zukünftige Rundzellen unter anderem leichter sein als heute, ihre Gehäuse werden die Wärme besser ableiten und neue Kontaktierungsverfahren werden elektrische Widerstände reduzieren.
Zu der Frage, ob die Vorteile des zylindrischen Zelldesigns auch für Ihre zukünftige Anwendung überwiegen, beraten wir Sie gern. Schreiben Sie uns eine E-Mail an innovation@eas-batteries.com oder lesen Sie mehr über unseren wegweisenden Service.
