Cellules prismatiques et cylindriques : guide ultime

Les cellules prismatiques et cylindriques sont deux types de cellules lithium-ion très répandus. Les cellules cylindriques se distinguent par une dissipation thermique supérieure, une excellente régularité et une durabilité accrue, mais au prix d'une densité énergétique limitée et d'un gain d'espace. Les cellules prismatiques offrent une sécurité avancée, une utilisation volumétrique optimale et une conception flexible, mais au prix d'un encombrement et d'un coût plus élevé.

Alors que les batteries cylindriques dominent depuis longtemps le marché pile au lithium Sur le marché, les batteries prismatiques suscitent discrètement l'intérêt grâce à leurs avantages uniques. Examinons de plus près leurs atouts respectifs.

Comprendre les cellules prismatiques et cylindriques

Qu'est-ce qu'une cellule prismatique ?

Une cellule prismatique présente une forme rectangulaire ou carrée et un boîtier plat et rigide. Fabriquée par enroulement ou empilement, elle est enfermée dans un boîtier prismatique en aluminium ou en acier. Sa forme peut être personnalisée selon les besoins. Cette structure se distingue par une densité énergétique accrue et une conception flexible.

Les bornes positive et négative d'une batterie prismatique sont situées aux extrémités opposées et reliées au circuit imprimé par des connecteurs. Ces batteries utilisent généralement des électrolytes solides ou liquides pour stocker et restituer l'énergie. Grâce à leur densité énergétique élevée, leur longue durée de vie et leur stabilité fiable, les batteries prismatiques sont devenues la source d'énergie privilégiée de nombreux appareils électroniques grand public.

Pour le même volume, les cellules prismatiques empilées peuvent fournir plus d'énergie à la fois, ce qui se traduit par de meilleures performances, tandis que les cellules prismatiques plates retiennent plus d'énergie globalement, offrant une plus grande durabilité.

Qu'est-ce qu'une cellule cylindrique ?

Une cellule cylindrique est de forme ronde et comprend un boîtier métallique, un diaphragme et des électrodes bobinées uniformément réparties. Elle est fabriquée par bobinage et logée dans un boîtier en aluminium offrant une excellente résistance aux chocs. Ainsi, les cellules cylindriques offrent d'excellentes performances de dissipation thermique et une excellente homogénéité entre elles.

En bref, les batteries cylindriques sont petites et rondes, ce qui facilite leur empilement dans des appareils de différentes tailles. Contrairement aux autres formats de batteries, leur forme prévient le gonflement, un problème causé par l'accumulation de gaz à l'intérieur de l'enveloppe de la cellule.

8 différences clés entre les piles prismatiques et cylindriques

Les cellules prismatiques et cylindriques présentent une différence considérable. La forme n'est pas le seul facteur qui les distingue. Les principales différences résident dans leur taille, le nombre de connexions électriques et leur puissance de sortie.

Fonctionnement	Cellule cylindrique	Cellules prismatiques
Forme	Forme ronde	Forme rectangulaire ou carrée
Structure	Contient une boîte métallique, un diaphragme et des électrodes enroulées	Boîtier plat et rigide avec électrodes empilées
Durabilité	Boîtes métalliques avec protection physique	Boîtiers rigides et fragiles, facilement endommagés
Gestion thermique	Excellent. La structure en gelée roulée améliore la dissipation de la chaleur.	Faible. Les structures en couches génèrent plus de chaleur.
Prix	Des coûts réduits grâce à une chaîne d'approvisionnement mature	Coût de fabrication plus élevé
Efficacité spatiale	Faible. Il existe un espace lors du montage.	Élevé. Méthode d'emballage serré.
Flexibilité de conception	Moins de flexibilité de forme	Haut ; Empilage multicouche pour une conception modulaire
Applications	Vélos électriques, dispositifs médicaux	Bateaux marins, robots

La taille et la forme

• Une cellule prismatique est plus grande et plus lourde qu'une cellule cylindrique. Elle nécessite plus d'espace pour dissiper la chaleur et offre une conception flexible permettant de personnaliser le pack batterie. Les dimensions des cellules prismatiques varient selon les besoins, de 30 × 20 × 3 mm à 300 × 100 × 50 mm. Une seule cellule prismatique peut stocker autant d'énergie que 20 à 100 cellules cylindriques.

• Les cellules cylindriques standard impliquent 18650 cellule (18 × 65 mm), 21700 cellule (21 × 70 mm) et 26650 Cellule (26 × 65 mm). La cellule 4680 (46 × 80 mm) est la cellule de batterie cylindrique de grande taille la plus courante. Les cellules de grande taille entraînent une résistance interne accrue, une mauvaise gestion thermique et des contraintes mécaniques élevées, ce qui complique les connexions série et parallèle à grande échelle.

Tension et capacité

Les batteries cylindriques stockent peut-être moins d'énergie que les batteries prismatiques, mais délivrent plus de puissance. Cela signifie que les cellules cylindriques libèrent de l'énergie plus rapidement que les cellules prismatiques. Cela s'explique par le nombre plus élevé de connexions par ampère-heure (Ah). Par conséquent, les batteries cylindriques sont idéales pour les applications haute performance, tandis que les batteries prismatiques sont plus adaptées pour optimiser l'efficacité énergétique.

• Une cellule de batterie cylindrique présente une faible capacité. Sa taille compacte et son excellente dissipation thermique permettent une puissance de décharge élevée.

• Les cellules de batterie prismatiques offrent une grande capacité, une décharge rapide limitée et un faible coût, idéales pour le stockage d'énergie de grande capacité.

Structure et construction

Structure interne

• Batteries prismatiques : les feuilles d'électrodes sont généralement empilées en couches, ce qui augmente l'utilisation de l'espace mais nécessite une optimisation minutieuse des chemins de dissipation thermique.

• Batteries cylindriques : Les feuilles d'électrodes sont enroulées en spirale, formant une structure en « gelée roulée ». Cette conception permet une dissipation thermique homogène, même si des espaces subsistent lorsque les cellules sont regroupées.

Construction de formes

• Batteries prismatiques : Conçues en forme polyédrique (hexagonale ou rectangulaire), elles sont généralement enfermées dans un boîtier en alliage d'aluminium. Les bornes positive et négative sont situées aux extrémités opposées et reliées au circuit imprimé par des connecteurs. Grâce à leur conception plate ou rectangulaire, leurs dimensions sont personnalisables, ce qui les rend idéales pour un empilement haute densité. Les cellules prismatiques peuvent être regroupées de manière compacte (par exemple, les cellules prismatiques hexagonales de BYD), ce qui permet une utilisation de l'espace supérieure de 20 % à celle des cellules cylindriques.

• Batteries cylindriques : Fabriquées en enroulant des feuilles d'électrodes (cathode, séparateur, anode) dans un cylindre métallique, elles offrent une excellente stabilité mécanique et une répartition uniforme de la pression interne. Si leur section ronde entraîne un encombrement important lors du regroupement, leur conception modulaire simplifie la gestion du BMS.

Densité énergétique gravimétrique et volumétrique

La densité énergétique mesure l'efficacité de stockage d'énergie d'une batterie en fonction de son volume ou de son poids.

• Les cellules cylindriques délivrent une densité énergétique gravimétrique plus élevée de 200 à 260 Wh/kg en raison de leur structure d'enroulement compacte par rapport à 180 à 250 Wh/kg pour les cellules prismatiques.

• Les cellules prismatiques offrent une densité énergétique volumique de 600 à 750 Wh/L grâce à une structure multicouche empilée qui réduit les pertes d'espace. À l'inverse, les batteries cylindriques ont une densité énergétique de 500 à 700 Wh/L, en raison des interstices plus importants de leur structure ronde et de leur boîtier en acier massif.

Types de cellules de batterie	Densité d'énergie gravimétrique (Wh/kg)	Densité d'énergie volumétrique (Wh/L)
Prismatique	180-250 Wh/kg	600–750 Wh/L
Cylindriques	200 à 260 Wh / kg	500-700 Wh/L

Cycle de vie

• Les cellules cylindriques offrent une durée de vie supérieure à celle des cellules prismatiques. Leur boîtier métallique robuste réduit les contraintes liées au bobinage. Leur conception compacte permet aux batteries cylindriques de répartir uniformément les charges thermiques sur le bloc-batterie, réduisant ainsi leur vieillissement et augmentant leur durée de vie.

• Les cellules prismatiques offrent une grande capacité, une chaleur concentrée et une conception à électrodes empilées où le gradient de température interne est plus élevé, ce qui peut accélérer le vieillissement. Cette conception tend à réduire la durée de vie globale des cellules prismatiques.

Gestion thermique

Prometteur gestion thermique est essentielle à la sécurité de tous les types de batteries lithium-ion. La surchauffe entraîne une perte de capacité et des fluctuations de tension, déclenchant un emballement thermique.

• Une cellule prismatique présente une taille plus importante, une structure empilée et une grande surface d'électrodes. Elle génère une chaleur plus concentrée, ce qui peut facilement provoquer un emballement thermique. Il est donc essentiel de prendre en compte système de refroidissement immersif pour contrôler la température et un BMS pour surveiller l'état de la batterie en temps réel.

• La cellule cylindrique se distingue par sa gestion thermique exceptionnelle. Elle utilise une structure à électrodes enroulées, et sa coque métallique robuste et sa petite taille facilitent la dissipation de la chaleur. La chaleur est répartie uniformément dans toute la batterie, réduisant ainsi le risque de surchauffe locale. Cette caractéristique rend la charge et la décharge à haut débit de la batterie plus sûres.

Fabrication et coût

Les cellules cylindriques constituent un choix économique pour des dimensions standardisées et une homogénéité supérieure. La production en masse et la maturité de la chaîne d'approvisionnement contribuent également à la réduction des coûts.

Les cellules prismatiques nécessitent des boîtiers et des procédés d'assemblage personnalisés, coûteux. Leurs procédés de fabrication sont complexes et leurs structures compactes, mais elles ont des difficultés à dissiper la chaleur et engendrent des coûts de conception supplémentaires.

 Test et certification des batteries

Les batteries au lithium à cellules cylindriques et prismatiques doivent respecter des normes rigoureuses de sécurité et de qualité avant d'entrer sur le marché international, comme Certifications UN38.3, IECC'est parce que différents types de cellules présentent des performances différentes en termes de gestion thermique, de durée de vie et de densité énergétique.

Quels sont les avantages et les inconvénients des cellules prismatiques et cylindriques ?

Avantage des cellules prismatiques

• Utilisation élevée de l'espace : la cellule prismatique a une forme régulière qui permet un assemblage très efficace, la rendant adaptée aux applications à haute capacité, telles que les robots.
• Sécurité supérieure. Sa coque rigide offre une résistance mécanique et une grande résistance à l'écrasement.
• Conception flexible. Sa taille peut être personnalisée pour répondre à différents besoins.

Inconvénients des cellules prismatiques

• Faible standardisation : les spécifications varient considérablement entre les fabricants, ce qui entraîne des coûts élevés.
• Défis de dissipation thermique : les grandes cellules prismatiques entraînent une accumulation de chaleur interne, nécessitant une gestion thermique complexe.

Avantages des cellules cylindriques

• Standardisation élevée. Une production automatisée et performante garantit des coûts faibles et des rendements élevés.
• Sécurité supérieure. Chaque unité est dotée d'une protection indépendante, empêchant ainsi l'emballement thermique dû à la propagation du feu.
• Excellente dissipation thermique : sa forme cylindrique facilite une dissipation thermique uniforme.

Inconvénients des cellules cylindriques

• Faible efficacité de regroupement : La batterie cylindrique présente un espace, ce qui entraîne une faible utilisation du volume. Elle nécessite donc un remplissage structurel.
• Densité énergétique limitée. La faible capacité des cellules est adaptée aux applications à faible consommation.
• Sensible aux contraintes mécaniques : les vibrations à long terme provoquent une fatigue des soudures.

Cellules prismatiques et cylindriques : application expliquée

Applications des cellules de batterie prismatiques

Les cellules prismatiques peuvent être empilées sans espace, offrant une utilisation de l'espace supérieure de plus de 20 % à celle des cellules cylindriques. Elles sont donc idéales pour les applications à haute densité énergétique, comme les véhicules électriques longue autonomie. Leur conception à coque rigide, souvent en alliage d'aluminium, offre une excellente résistance mécanique et à l'écrasement, garantissant des performances stables dans les systèmes de stockage d'énergie et les équipements aérospatiaux. Cependant, les cellules individuelles de grande taille sont sujettes à l'accumulation de chaleur et nécessitent généralement des systèmes de refroidissement liquide complexes.

• Robot: Pack de batteries ternaires au lithium L'assemblage de cellules prismatiques est une solution idéale. Les cellules prismatiques offrent une meilleure utilisation du volume, permettant d'alimenter une batterie pour une densité énergétique supérieure et une conception légère. La chimie NMC offre une autonomie accrue.
• Bateaux de mer: Packs de batteries basse température assemblées avec des cellules prismatiques, elles exploitent efficacement le volume, offrant un pack de batteries avec une plus grande capacité et de meilleures performances de décharge dans un espace limité.

Applications des cellules de batterie cylindriques

Les cellules cylindriques, standardisées dans des tailles telles que 18650 et 4680, permettent une production de masse à faible coût. La structure indépendante de chaque cellule empêche la propagation thermique, ce qui est particulièrement avantageux pour l'électronique grand public, les outils électriques et les robots humanoïdes. Leur section ronde, combinée à l'espacement entre les cellules, favorise naturellement le refroidissement par immersion, améliorant ainsi jusqu'à 30 % l'efficacité de la dissipation thermique. L'inconvénient est que, regroupées, les cellules cylindriques laissent 15 à 20 % d'espace inutilisé, ce qui nécessite des structures de remplissage supplémentaires.

• ebikeLes cellules de batterie cylindriques présentent une structure bobinée, réduisant le risque de surchauffe et assurant un fonctionnement stable même en cas de décharge rapide. Différentes cellules cylindriques, telles que 18650 et 21700, peuvent être combinées pour former des packs de batteries de différentes capacités et tensions afin de répondre aux besoins énergétiques.
• Dispositifs médicaux:Les cellules cylindriques peuvent être flexibles connectés en série et en parallèle pour améliorer la capacité et la puissance de sortie stable afin de répondre aux forts besoins énergétiques de divers appareils médicaux, tels que les moniteurs portables et les pompes à perfusion.

Comment choisir entre les cellules prismatiques et cylindriques ?

En résumé, tenez compte des exigences spécifiques de votre application lors du choix entre des cellules lithium-ion prismatiques et cylindriques. Les cellules prismatiques offrent une capacité supérieure et une densité énergétique exceptionnelle grâce à leurs structures en couches. Elles alimentent des appareils à forte consommation nécessitant un encombrement réduit et une puissance élevée, comme la robotique et les navires. Les cellules cylindriques offrent une gestion thermique supérieure et une excellente durabilité mécanique, permettant d'alimenter des appareils à décharge élevée dans des conditions difficiles, comme les vélos électriques et les appareils médicaux.

CM Batteries est un fabricant professionnel de batteries lithium-ion sur mesure. Nous proposons différents types de cellules et les assemblons en packs selon vos besoins. Nous proposons également un BMS avancé, une conception de structure de batterie et divers supports techniques. Pour toute demande, n'hésitez pas à nous contacter. communiquez.