リチウムイオン電池技術は、より高いエネルギー密度、柔軟な設計、システム効率の向上に対する需要に牽引されて、過去 10 年間で急速に進化しました。 3 つの主要なリチウム電池形式 (円筒形、角形、パウチ) の中で、スペース利用、軽量構造、および性能の最適化が重要な用途では、パウチセル電池がますます好まれるソリューションとなっています。
電気自動車やエネルギー貯蔵システムから産業機器や次世代モビリティプラットフォームに至るまで、パウチセルはバッテリーパックの設計方法を再構築しています。このトピックに慣れていない場合は、実践的な概要から始めることができます。 パウチ電池ガイド.
このガイドでは、構造、利点、制限、選択基準、用途、エンジニア、インテグレーター、調達チーム向けの購入の考慮事項をカバーするパウチセルバッテリーの包括的な概要を提供します。
パウチセルバッテリーは、硬い金属ケースではなく、ラミネートされたアルミニウムとプラスチックのフィルムを使用してパッケージ化されたリチウムイオンセルです。
円筒形や角柱形のセルとは異なり、パウチセルは重い構造のハウジングに依存しません。代わりに、電極層を積み重ねるか巻いて、柔軟な多層パウチ内に密封します。
正極材 （NCM、NCA、LFP等）
陽極材料 (通常はグラファイトまたはシリコン混合物)
セパレータ
電解質
アルミラミネートフィルム筐体
この構造により、メーカーは不活性重量を最小限に抑えながら活性物質の体積を最大化することができます。よりアプリケーションに焦点を当てた紹介 (エネルギー密度、安全性、設計の柔軟性) については、以下を参照してください。 パウチ型電池: 高エネルギー密度、強化された安全性、最新のアプリケーション向けの柔軟な設計.
パウチセルは当初、エネルギー密度を向上させ、バッテリーの重量を軽減するために開発されました。初期の採用は家庭用電化製品、特にスマートフォンやラップトップで始まりました。
現在、積層プロセス、熱管理、およびシーリング技術の進歩により、パウチセルを次のような大判用途に拡張できるようになりました。
電気自動車（EVプラットフォーム）
実用規模のエネルギー貯蔵システム (ESS)
ロボット工学と産業オートメーション
航空宇宙および特殊機器
300Ah ～ 700Ah を超える大容量パウチセルが量産され始めており、この形式の成熟度が実証されています。最近の公共事業規模の進歩の例については、以下をお読みください。 684Ah 積層型パウチセルが量産開始: 実用規模のエネルギー貯蔵の新たな段階.
| 特徴 | パウチセル 円筒型 | セル | 角柱型セル |
|---|---|---|---|
| エネルギー密度 | 高い | 中くらい | 中～高 |
| 重量効率 | 素晴らしい | 適度 | 良い |
| 形状の柔軟性 | 素晴らしい | 修理済み | 限定 |
| 熱管理 | 設計が必要 | 安定した | 安定した |
| パックの使用率 | 非常に高い | より低い | 中くらい |
| 機械的強度 | より低い | 高い | 高い |
パウチセルを使用すると、パック設計者は固定セル形状に基づいて設計するのではなく、システムレイアウトを最適化できます。どの形式がプロジェクトに最も適しているかを判断する場合は、次の 2 つの比較が役立つ場合があります。 角柱型 vs パウチ型 vs 円筒型: 次のプロジェクトに適合するバッテリー セルの形式はどれですか? そして 角柱型 vs パウチ型 vs 円筒型リチウムイオン電池セル.
剛性の高い金属ケースが存在しないため、活物質の割合が増加し、重量および体積エネルギー密度が向上します。実際のEVおよびESSプロジェクトでは、次のような大型NCMパウチプラットフォームが使用されます。 LG E101 3.7V 101Ah NCM パウチ セル は、パックの統合と熱設計が重要な役割を果たす代表的な大容量ソリューションとしてよく参照されます。
セルは長さ、幅、厚さをカスタマイズできるため、特にエンジニアがモジュールのレイアウト、バスバーの配線、冷却面のバランスを取る必要がある場合に、限られたスペースへのより適切な統合が可能になります。
構造質量の削減は、モビリティ アプリケーションやポータブル システムに利益をもたらします。
適切に統合された場合、大きな表面積が効率的なサーマルインターフェース設計をサポートします。たとえば、次のような中～大容量パウチセル SK NCM 3.7V 66.5Ah リチウムイオン パウチ セル (1C ロング サイクル) は、ロング サイクルの安定性と予測可能な熱挙動が優先される場合に一般的に使用されます。
メーカーは、特定のプロジェクト要件に合わせて容量と寸法を調整できます。高レート電力のバリエーション (動的負荷システム用) も存在します。たとえば、 SK 5C 75Ah 3.7V NCM パウチセルバッテリー は、エンジニアがより高い放電能力を必要とする場合の典型的な「パワータイプ」リファレンスです。
パウチセルには大きな利点がありますが、システム設計者は次のようないくつかの要因に対処する必要があります。
機械的保護要件
サイクリング中のむくみの管理
適切な圧縮設計
組み立て中の湿気への敏感性
サーマルインターフェースの最適化
これらの課題は、基本的な制限ではなく、エンジニアリング上の考慮事項です。
重量に対して細胞がどれだけのエネルギーを蓄えるかを示します。 EV およびポータブル アプリケーションにとって重要です。
システム電圧と組み合わせた場合の総蓄積エネルギーを決定します。 EV/ESS では、一般的な主流の単一セルの容量は、多くの場合、約 60Ah から 100Ah 以上の範囲にあります。例としては次のものが挙げられます。 LG E63 / E63B 60–63Ah NMC 3.7V 充電式パウチセル および SK Innovation E777 3.7V 77.7Ah NMC パウチセル、パック電圧、モジュール設計、およびターゲットエネルギーに応じて。
エネルギーをどれだけ早く安全に供給できるかを定義します。動的負荷 (高加速度、電動工具、高性能モビリティ) の場合、エンジニアは次のような高速リファレンスを評価する場合があります。 SK 5C 75Ah NCM パウチセル、長寿命の ESS 設計は通常、より低く安定した放電プロファイルに重点を置いています。
抵抗が低いと、発熱と電圧降下が減少します。
定義された動作条件および放電深度プロファイルの下で測定。長期サイクルのオプションを比較する購入者にとって、調達要素を確認し、ドキュメントをテストすることは役立ちます (当社のドキュメントを参照してください) パウチセル調達ガイド）。
大判パウチセルにより、スペース利用が最適化されたスケーラブルなモジュール設計が可能になります。パウチセルが次世代 ESS で優位性を獲得している理由について詳しくは、以下を参照してください。 大型セルから柔軟な設計まで: パウチセルが次世代エネルギー貯蔵システムの隠れた利点になる理由。 多くの ESS プロジェクトでは、エンジニアは多くの場合、次のような安定した「プラットフォーム セル」を評価します。 Farasis P70 半固体 NCM パウチセル 70Ah 3.7V は、エネルギー密度、サイクル安定性、供給の一貫性のバランスを実現します。
多くの EV メーカーは、重量、効率、パッケージングの柔軟性のバランスをとるためにパウチセルを採用しています。 EV メーカーが次に注目している方向性については、以下をお読みください。 パウチ電池から全固体電池まで: EV メーカーが次に本当に必要なもの。 大容量 EV/ESS のリファレンスについては、を参照してください。 LG E101 101Ah NCM パウチセル.
AGV、ロボット、バックアップ システムは、カスタマイズ可能なレイアウトの恩恵を受けます。安全マージンと一貫性を重視する産業用電力システムでは、次世代電解質システムについての議論がますます高まっています。 MISEN 3.7V 74Ah ソリッドステート NCM リチウム パウチ セルは、 ESS および産業用電源のリファレンス プラットフォームとして使用されます。
海洋システム、航空プロトタイプ、高性能車両では、パウチ アーキテクチャの使用が増えています。
プロジェクトのパウチセルを評価する場合、購入者はいくつかの技術的要素とアプリケーション要素を考慮する必要があります。多くの購入者は、特に公称仕様のみに焦点を当てた場合、初期の選択段階で重大な間違いを犯します。 選択の落とし穴とその回避方法の詳細については、以下をお読みください。 パウチセルの選択: 購入者が犯す損害の大きい 5 つの間違い (およびそれらを回避する方法).
購入者は次の点を考慮する必要があります。
アプリケーション負荷プロファイル
必要なサイクル寿命
使用温度範囲
機械的制約
サプライヤーの一貫性と格付けプロセス
長期安定供給
ステップバイステップの選択ワークフローを希望する場合 (特に電圧、サイズ、電流の制約が明確なプロジェクトの場合)、以下を参照してください。 パウチ電池選択ガイド: プロジェクトに適したリチウム パウチ電池を選択する方法.
実際には、代表的な「プラットフォーム」セルに対してベンチマークを行うと、選択が容易になることがよくあります。たとえば、大容量設計では次のようなものを参照できます。 LG E101 101Ah 、ロングサイクル主流プラットフォームを参照 SK 66.5Ah (1C ロングサイクル) 、および ESS 指向のプラットフォームは参照する場合があります ファラシス P70 70Ah.
公称容量のみに基づいて選択すると、パフォーマンスの不一致が生じることがよくあります。
信頼性の高い供給はセルの仕様と同じくらい重要です。長期的な協力関係を評価する調達チームにとって、サプライヤーの能力、グレーディングの一貫性、文書化は非常に重要です。チェックリスト形式のガイドもご覧ください。 パウチセル調達ガイド.
主な評価基準は次のとおりです。
セルのグレーディングとマッチング手順
バッチの一貫性
テスト文書
トレーサビリティシステム
エンジニアリングサポート能力
梱包と物流の経験
強力なサプライヤーは、単なるコンポーネントベンダーではなく、技術パートナーとして機能します。
最新のパウチセルプラットフォームには一般に次のものが含まれます。
ESS およびモビリティ用の高エネルギー NCM セル (例: LG E101 101Ah )
主流のロングサイクル プラットフォーム(例: 安定したシステムのための SK 66.5Ah 1C ロングサイクル, SK E777 77.7Ah )
動的負荷システム用の高出力バリアント (例: SK5C 75Ah )
大判/ユーティリティ プラットフォーム(「 ESS スケーリング用の 684Ahスタックポーチ進捗状況）
開発中の半固体および次世代の化学 (例: MISEN 74Ah ソリッドステート NCM パウチセル)
アプリケーションが異なれば、必要な最適化の優先順位も異なります。
価格のみに基づいてセルを選択する
圧縮設計を無視する
退院要件を過大評価する
一致しないバッチの使用
熱統合の過小評価
これらの問題の多くは、初期段階の不適切な選択と不完全な調達チェックに起因しています。再設計のリスクを軽減するには、次のことを確認することをお勧めします。 パウチ電池選択ガイド:に適したリチウム パウチ電池を選択する方法と プロジェクト パウチセル調達ガイド.
パウチ細胞は安全ですか?
はい、適切な機械設計および熱設計と統合されていれば可能です。
パウチ細胞は膨張しますか?
サイクリング中のわずかな膨張は正常であり、パック圧縮によって管理されます。
パウチセルは大規模なエネルギー貯蔵に適していますか?
はい、大判スタックパウチセルは、実用規模の ESS でますます使用されています。最近の業界の例については、以下を参照してください。 684Ah 積層型パウチセルが量産開始.
パウチセルはカスタマイズできますか?
はい、寸法と容量の柔軟性が主な利点の 1 つです。
パウチセル電池は、現在入手可能なリチウムイオン形式の中で最も適応性の高いものの 1 つです。高エネルギー密度、柔軟な形状、スケーラブルな製造の組み合わせにより、次世代のエネルギーおよびモビリティ システムにとって特に魅力的なものとなっています。
バッテリー技術がより高い効率とカスタマイズされた統合に向けて進化し続けるにつれて、特にESSや次世代プラットフォーム向けに大型セルが進歩し続けるにつれて、パウチセルは業界全体でますます中心的な役割を果たすことが期待されています。
積層パウチセルがどのようにソリッドステートの方向や規格に接続されているかを追跡している場合は、次のリソースも役立つ場合があります。 中国における全固体電池の躍進: パウチセルの購入者がEVE、Gotion、CALBについて知っておくべきこと, パウチセルに関する洞察: 新しい固体電池規格とその業界への影響, 全固体電池技術と積層型パウチセル開発（EVE、Gotion、CALB）, アノードフリーのリチウム電池と超高エネルギー積層パウチ電池への道、および パウチ電池から全固体電池まで: EV メーカーが次に本当に必要なもの.
エンジニアもバイヤーも同様に、信頼性が高く最適化されたバッテリー システムを構築するには、パウチ セルの基礎を理解することが不可欠です。
