Was ist eine tablose Batterie?

In maßgeschneidertes Batteriepaket Bei der Entwicklung von Batteriezellen stehen Ingenieure vor der Herausforderung, hohe Energiedichte mit beengten Platzverhältnissen, geringem Gewicht und effektivem Wärmemanagement in Einklang zu bringen. Tabellenlose Batteriezellen, auch Volltab-Batteriezellen genannt, nutzen das gesamte Ende des Stromabnehmers als Anschlusspunkt. Dadurch wird der Innenwiderstand reduziert, die Wärmeableitung optimiert und gleichzeitig höchste Sicherheit gewährleistet. Diese innovative Konstruktion ermöglicht schnellere Ladezeiten und hohe Entladeströme für Geräte mit hohem Stromverbrauch. Dieser Artikel beleuchtet das Prinzip, die Vorteile, die Anwendungsmöglichkeiten und die Marktperspektiven von Tabellenbatterien.

Worin besteht der Unterschied zwischen Batterien mit und ohne Laschen?

Tabless Batteriezellendesign

Die tablose (vollständige) Batteriezelle Die Leiterbahnen verfügen über durchgehende Laschen, die von den positiven und negativen Elektroden abgetrennt werden. Dadurch wird der herkömmliche Linienkontakt mit einer oder zwei Laschen auf einen Flächenkontakt umgestellt. Durch Wickel- und Stapelprozesse nutzt diese Konstruktion den gesamten Umfang des unbeschichteten Endbereichs der positiven (Aluminium) und negativen (Kupferfolie) Stromkollektoren als Leiterbahn, wodurch das Laschenschweißen entfällt.

Funktionsweise: Der Strom fließt radial und quer durch den Stromkollektor, anstatt längs entlang der gesamten Folie zu den einzelnen Anschlüssen zu fließen. Durch die geeignete Positionierung der Anschlüsse wird der Stromübertragungsweg innerhalb der Elektrode verkürzt, was eine gleichmäßige Stromverteilung gewährleistet, den Innenwiderstand reduziert und die Entladeleistung der Batterie verbessert. Zudem verringert der geringere Materialverbrauch Gewicht und Volumen der Batterie.

Design mit Laschenbatteriezellen

Eine Batteriezelle mit Lötfahnen besitzt nur zwei Lötfahnen, die die positive und negative Elektrode durch Verschweißen mit dem externen Stromkreis verbinden. Dieser Prozess verursacht Materialspannungen, die die Stabilität der Batterie beeinträchtigen, wie beispielsweise bei herkömmlichen zylindrischen 18650-Batterien.

Funktionsweise: Herkömmliche Batteriezellen mit Lötfahnen beziehen ihren Strom von den positiven und negativen Elektroden über eine oder mehrere kleine, verschweißte Metallstreifen, die als Lötfahnen bezeichnet werden. Diese einfache Struktur führt jedoch bei großformatigen Zellen zu einem langen Elektronenflussweg und einem hohen Innenwiderstand.

Tablose vs. Tab-behaftete Batteriezellen: Die wichtigsten Unterschiede erklärt

Thermische Stabilität und Sicherheit

• Die tablose Batterie ermöglicht eine gleichmäßige Stromleitung über die gesamte Elektrode, reduziert den Innenwiderstand und minimiert lokale Überhitzung, wodurch eine verbesserte thermische Stabilität erreicht wird.
• Bei Batterien mit einzelnen Kontakten wird der Strom über diese Kontakte geleitet, was zu einem höheren elektrischen Widerstand führt. Dieser lokale Widerstand verursacht Hotspots und erhöht das Risiko eines thermischen Durchgehens.

Batterielebensdauer

• Tabless-Batterien eliminieren das separate Löten der Anschlussfahnen und reduzieren Spannungsspitzen, was zu struktureller Stabilität und einer langen Lebensdauer über mehrere Lade- und Entladezyklen hinweg führt.
• Bei Batterien mit Laschenverbindung kommt es im Laufe der Zeit zu Materialermüdung, da die Schweißverbindungen der Laschen bei wiederholten Lade- und Entladezyklen abnehmen. Dies beeinträchtigt die strukturelle Integrität.

Vorteile des tablosen Batteriedesigns

Niedrigerer Innenwiderstand

• Verkürzter Strompfad. Das tablose Batteriedesign bedeckt die gesamte Oberfläche des Stromkollektors mit Laschen, wodurch der Elektronenflussweg und der Widerstand reduziert werden.
• Vergrößerte Leiterfläche: Die Vollkontaktflächenkonstruktion vergrößert die Kontaktfläche zwischen Stromabnehmer und Batteriegehäuse und schafft so leitfähige Pfade. Die Widerstandsformel lautet R = ρL/S, wobei R der Widerstand, ρ der spezifische Widerstand, L die Länge und S die Leiterfläche ist. Eine Vergrößerung von S verringert den Widerstand.
• Reduzierter Kontaktwiderstand: Durch Laserschweißen wird eine Verbindung zwischen Stromabnehmer, Gehäuse und Stromplatte sichergestellt und somit der Kontaktwiderstand reduziert.

Hohe Energiedichte

Das tablose Batteriedesign reduziert den Platzbedarf der einzelnen Zellen, wodurch die Batterie bei gleichem Volumen und Gewicht mehr aktive Materialien aufnehmen kann. Dies erhöht die Energiedichte und ermöglicht eine höhere Energiespeicherung und längere Akkulaufzeit für Geräte wie Drohnen, Roboter und Elektrowerkzeuge, die ein geringes Gewicht und eine lange Laufzeit erfordern.

Große Wärmeableitung

• Reduzierter Innenwiderstand und geringere Wärmeentwicklung. Die Tabellenkonstruktion verkürzt den Strompfad, indem der gesamte Stromkollektor als Anschluss genutzt wird, wodurch der Innenwiderstand der Batterie reduziert wird. 70%Gemäß dem Jouleschen Gesetz (P = I²R) verringert diese Reduzierung des Innenwiderstands (R) direkt die ohmsche Wärmeerzeugung beim Laden und Entladen.
• Gleichmäßige Stromverteilung. Die Vollkontakt-Batteriestruktur führt zu einer gleichmäßigen Stromverteilung innerhalb der Batterie, wodurch die Temperaturdifferenz reduziert und der Einfluss von Temperaturgradienten auf die Batterielebensdauer minimiert wird.

Überragendes Temperaturverhalten

• Hochtemperaturverhalten. Das Design der Tabellenbatterie reduziert den Innenwiderstand durch eine höhere Anzahl an Kontakten und verringert die Wärmeentwicklung beim Laden und Entladen mit hohen Strömen. Studien zeigen, dass Batterien mit voller Kontaktanzahl den Innenwiderstand verringern. 35 % hohe Entladestromtemperatur.
• Hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen. Die Vollkontakt-Batterie bietet einen geringen Innenwiderstand, was die Stromleitung gewährleistet und Energieverluste reduziert. Durch die Vollkontakt-Konstruktion wird lokale Wärmeentwicklung minimiert.

Produktionseffizienz und Kostenvorteile

• Reduzierte Fertigungskosten. Erhöhter Output durch schnellere Beschichtungsgeschwindigkeiten und die Integration von Prozessen wie Laserschneiden und Stromkollektorplattenschweißen, wodurch zusätzliche Lötstellenschweißschritte und Materialkosten reduziert werden.
• Die Massenproduktion von Tablet-Batterien trägt dazu bei, deren Stückkosten weiter zu senken.

Leistung bei hohen Entladeraten

Die Tischbatterie ist so konstruiert, dass sie die gesamte Oberfläche des Stromkollektors bedeckt, wodurch der Elektronentransportweg verkürzt und der Innenwiderstand reduziert wird. Dies ermöglicht der Batterie, … 5C-Schnellladeleistung, um den Anforderungen von Hochleistungsgeräten wie Elektrowerkzeugen, Drohnen und Elektrofahrrädern gerecht zu werden.

Herstellungsprozess von tablosen Batteriezellen

Die Herstellung von Volltappenbatterien umfasst verschiedene Technologien zur Steigerung der Produktionseffizienz. Die Optimierung dieser Fertigungsprozesse erhöht die Produktionseffizienz und senkt die Kosten.

Trockenelektrodentechnologie

In Kombination mit der Tabellenbatterietechnologie eliminiert das Trockenelektrodenverfahren Schritte wie Beschichten und Trocknen, die bei herkömmlichen Nassverfahren üblich sind, wodurch die Produktionseffizienz und die Energiedichte verbessert und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt werden.

Pressvorgang

Bei diesem Verfahren werden die Laschen so angedrückt, dass sie sich der Oberfläche des Stromabnehmers anpassen und so die Plattenstruktur bilden. Es zeichnet sich durch geringe Investitionskosten und hohe Produktionseffizienz aus, hat jedoch mit Problemen wie geringer Ausbeute und mangelnder Konsistenz zu kämpfen.

 Laserschneid- und Faltverfahren

Bei diesem Verfahren werden die Laschen mittels Laserschneiden in spezifische Formen gebracht und anschließend gefaltet oder gewickelt, um sie mit dem Stromabnehmer zu verbinden. Diese Methode gewährleistet eine hohe Produktkonsistenz, erfordert jedoch hohe Investitionen in die Ausrüstung und weist eine geringere Produktionseffizienz auf.

 Laserschweißtechnik

Durch Laserschweißen werden die Platten mit der Stromkollektorplatte bzw. dem Batteriegehäuse verbunden. Das hochpräzise Laserschweißen gewährleistet eine stabile und zuverlässige Stromübertragung durch Oberflächenschweißung. Diese Technologie erfordert eine exakte Steuerung von Laserintensität, Brennweite und Schweißparametern und ist daher ein entscheidender Schritt in der Serienfertigung von Plattenbatterien.

Kundenspezifische Lösungen für tabellenlose Akkupacks mit CM Batteries

Die Herstellung kundenspezifischer Akkupacks für Tische erfordert eine gründliche, schrittweise Evaluierung und ein professionelles Ingenieurteam, um eine maßgeschneiderte Akkulösung zu entwickeln, die Ihren spezifischen Bedürfnissen entspricht. CM Batteries ist bestrebt, capability an erster Stelle.

Produktionsprozess von der Konzeption bis zur Serienproduktion

• Definition & Bewertung. Im ersten Schritt bewerten wir grundlegende Spezifikationen wie Leistung, Kapazität, Spannung und Größe, um sicherzustellen, dass der Akku den optimalen Kompromiss zwischen Gewicht, Volumen und Energiedichte erfüllt.
• Konstruktion & Entwicklung. Unsere Ingenieure konzentrieren sich auf die Technologie von Tabellen und entwerfen die interne Struktur der Batterie, einschließlich Zellanordnung, Verbindungen, Wärmemanagementlösungen und Batteriemanagementsysteme (BMS). Analyse thermischer Fluide Hilft dabei, den Wärmeableitungsprozess zu optimieren und sicherzustellen, dass die Batterie auch bei hoher Last innerhalb sicherer Temperaturgrenzen bleibt.
• Verifizierung und Validierung. Wir führen umfangreiche Lade- und Entladezyklen sowie thermische Tests durch, um zu überprüfen, ob die Akkupacks die erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllen.
• Batteriezertifizierungen. Wir unterstützen unsere Kunden bei der Erlangung der UL-Zertifizierung, der CE-Kennzeichnung und der RoHS-Konformität, um ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem lokalen Markt zu steigern.
• Batterieproduktion. Wir nutzen hochpräzise Schweiß-, Laserschneid- und Montagetechniken, um die Konsistenz und Qualität unserer kundenspezifischen Full-Tab-Akkupacks zu gewährleisten.

Fallstudie: Hochleistungs-Lithium-Akkupack mit Vollkontakten für Schubmotoren

Ein Hersteller von Unterwasserantriebsmotoren benötigte eine zuverlässige Batterielösung mit hoher Entladeleistung, die Motoren unter anspruchsvollen Unterwasserbedingungen mit Strom versorgen kann. Wir lieferten Full Tab BAK INR2170-45D-Zellen, die sich durch hohe Stromabgabe, überlegene Energiedichte und gute Temperaturtoleranz auszeichnen. Diese Eigenschaften tragen zu verlängerten Laufzeiten und verbesserter Stabilität unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bei.

Kundenanfrage:

• Kann die Batterie eine kontinuierliche Hochstromabgabe für die Triebwerksmotoren gewährleisten?
• Funktioniert das System zuverlässig in maritimen Umgebungen (hohe Luftfeuchtigkeit, Salznebel, Untertauchen)?
• Beinhaltet die Lösung Sicherheits- und Wärmemanagementmaßnahmen zur Vermeidung von Überhitzung?
• Ist die Batteriekonstruktion für eine lange Lebensdauer in Unterwassergeräten ausreichend robust?

Das 25.2 V 49.4 Ah Full Tab Akkupack Angebot:

Anwendungs- und Marktperspektiven von tablosen Batteriezellen 

Tabellenlose Akkus zeichnen sich durch geringen Innenwiderstand und hohe Entladeströme aus und finden zunehmend Anwendung in Bereichen wie Elektrowerkzeugen, Reinigungsgeräten und Elektromotorrädern. Bis 2026 wird ein Marktanteil von 38 % für tabellenlose, kleine zylindrische Akkus im Elektrowerkzeugsektor erwartet. Beispielsweise profitiert das Bosch ProCORE18V+ 8.0Ah Elektrowerkzeug von der Tabellenakku-Technologie, die durch zahlreiche parallele Strompfade den Innenwiderstand und die Wärmeentwicklung reduziert.

Es wird erwartet, dass der Markt für zylindrische Batteriezellen mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 18.2% von 2025 zu 2033.

Vollkontaktbatterien werden aufgrund ihrer überlegenen Energiedichte und langen Lebensdauer auch in aufstrebenden Bereichen eingesetzt, die einen hohen Leistungsbedarf haben, wie zum Beispiel humanoide Roboter, unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), eVTOL- und Rechenzentrums-BBUs.

Innovative Material- und Prozessoptimierungen senken die Kosten, und die anhaltende Nachfrage aus aufstrebenden Branchen macht tablose Batterien auf dem besten Weg, neben quadratischen und Pouch-Zellen zur dritten wichtigen Technologie zu werden. Sie werden den globalen Übergang in die Ära der tablosen Akkumulatoren maßgeblich prägen. Die tablose Technologie wird Motor für industrielle Modernisierungen sein und die Energiewende unterstützen, sei es durch die Förderung der Schnellladerevolution in der Unterhaltungselektronik oder die Verbesserung der Kosteneffizienz von Elektrofahrzeugen. 

Häufig gestellte Fragen zu tablosen Batteriezellen 

Welche Unternehmen stellen tablose Batteriezellen her?

Unternehmen wie EVE Energy, Changhong Sanjie und BYD planen die Produktion von Tabellenbatteriezellen ab 2026. Diese Tabellenbatteriezellen sind Hochleistungszellen mit niedrigem Innenwiderstand und hoher Entladekapazität, die durch Parallelschaltung mehrerer Zellen eine hohe Ausgangsleistung ermöglichen. CM Batteries stellt kundenspezifische Akkupacks für Tischgeräte her und bietet maßgeschneiderte Technologielösungen basierend auf spezifischen Anforderungen.

Worin bestehen die Unterschiede zwischen tablosen Batterien und Batterien mit mehreren Tabs?

Die tablose Batteriekonstruktion macht das Stanzen des Stromkollektors überflüssig und vereinfacht so den Herstellungsprozess. Batterien mit mehreren Kontakten, die durch das Anbringen von Kontakten an mehreren Stellen die Stromleitfläche vergrößern, sind komplexer und erfordern mehr Stanzschritte.

 Sind Vollkontakt-Batteriezellen effizienter als Halbkontakt-Zellen?

Ja, Vollkontaktzellen sind effizienter als Halbkontaktzellen. Sie reduzieren den Innenwiderstand, vergrößern die leitfähige Fläche und ermöglichen so höhere Lade- und Entladeraten bei gleichzeitig besserer Wärmeableitung. Dies führt zu einer verbesserten Leistung in Hochleistungs- und Schnellladeanwendungen. Darüber hinaus vereinfacht die Vollkontaktkonstruktion das Schweißen und senkt somit die Produktionskosten. Im Gegensatz dazu weisen Halbkontaktzellen einen höheren Innenwiderstand und eine ungleichmäßige Wärmeverteilung auf, was zu geringerer Effizienz und höheren Kosten führt.

Was ist ein tabloses Batteriedesign?

Das tablose Batteriedesign optimiert den Stromfluss im Stromkollektor und vergrößert die stromführende Fläche der Anschlüsse. Beschichtung und Stanzen des Stromkollektors entfallen. Stattdessen werden die positive und negative Elektrode der Batterie per Ultraschallschweißen mit dem Anschluss verbunden, was die Montage und das Schweißen vereinfacht.