角型リチウム電池とポーチ型リチウム電池の詳細な比較

2025 年 5 月 13 日

リー・パン博士

湖北大学理学博士、中南大学材料科学工学博士。高性能電極材料、防爆電池、低温電池の分野で長年研究を行い、確固たる科学研究のバックグラウンドと豊富な実務経験を有する。

リチウム電池には様々な形状があり、角柱型とパウチ型が代表的な2つのタイプです。角柱型リチウム電池は、剛性の高い長方形のケースを備え、耐久性と効率的な冷却効果に優れています。一方、パウチ型セルは、柔軟性と軽量性を兼ね備えた設計で、コンパクトなスペースで最大限のエネルギー密度を実現します。

これらの電池の主な違いを理解することは、電池パックの設計と産業用途において極めて重要です。市場規模はこうした重要性を反映しており、リチウム電池セクターは17.14年の2024億124.84万ドルから2034年には21.96億XNUMX万ドルに成長し、年平均成長率XNUMX%で成長すると予測されています。適切な電池タイプを選択することで、自動車、建設機械、建設機械などの様々な産業において、最適な性能、コスト効率、信頼性を確保できます。医療機器およびロボット工学.

主要なポイント（要点）

角柱リチウム電池は強度が高く、多くのエネルギーを蓄えることができます。医療機器やエネルギー貯蔵システムに最適です。
ポーチ型リチウム電池は軽量で曲げやすいため、ガジェットや医療機器に最適です。
バッテリーを選ぶときは、スペース、エネルギーの必要性、安全性を考慮してください。

パート1：角型リチウム電池とポーチ型リチウム電池の概要

1.1 角形リチウム電池とは何ですか?

角形リチウム電池は、剛性の高い長方形のケースを特徴とするリチウムイオン電池の一種です。この設計はスペースを効率的に活用できるため、コンパクトで耐久性の高いエネルギー貯蔵ソリューションを必要とする用途に最適です。セルはラミネート構造または巻線構造でハードシェル内に収納されており、構造的な完全性と優れた熱管理を実現しています。角形電池は、高い信頼性とエネルギー効率から、電気自動車（EV）、産業機器、エネルギー貯蔵システムに広く使用されています。

側面	Details
生産データ（2016年）	円筒形：13.92GWh、ポリマー：21.64GWh、角柱形：28.14GWh（市場シェア44.17%）
優位性	高い信頼性、エネルギー効率、軽量、高エネルギー密度、シンプルな構造
デメリット	カスタマイズによりモデル数が増加し、生産自動化が低下し、システム寿命が短くなる
標準リファレンス	EV用動力電池の製品仕様および寸法に関するGB/T 34013-2017

1.2 パウチバッテリーセルとは何ですか?

パウチ型バッテリーセル（リチウムポリマー（LiPo）バッテリーとも呼ばれる）は、硬質ケースの代わりに柔軟なポリマーシェルを使用しています。この設計によりエネルギー密度が最大化され、重量も低減されているため、従来のリチウムバッテリーよりも40%軽量です。パウチ型セルは柔軟性が高く、メーカーは特定の用途に合わせてサイズや形状をカスタマイズできます。これらのバッテリーは、軽量でコンパクトな設計のため、民生用電子機器、ロボット工学、医療機器など、幅広い分野で使用されています。

	値/説明
包装効率	90～95％、バッテリーパックの中で最高
重量比較	同容量のシェルリチウム電池より40%軽量
	アルミシェルリチウム電池より20%軽量
設計の柔軟性	サイズは任意、形状は薄型にできる
エネルギー密度	他の形状の細胞よりも大きい

パート2：角柱型電池とポーチ型電池の主な違いを理解する

2.1 構造設計と製造

角柱型電池:
剛性の高いアルミニウムまたはスチール製のシェルに収められた長方形の構造。この設計はモジュールへの積み重ねを容易にし、機械的な安定性も確保するため、医療機器やロボットなどの大型機器に適しています。
生産にはレーザー溶接と標準化されたプロセスが使用され、自動化の効率と適度なカスタマイズのバランスが取られています。
ポーチバッテリー:
柔軟なアルミ・プラスチックラミネートフィルムを使用することで、軽量でスリムなデザインを実現。ソフトパッケージは形状の柔軟性に優れ、スマートフォンやハンドヘルド測量機器などの薄型デバイス内のスペースを最適化します。
製造には電解液の漏れを防ぐために精密な密閉が必要であり、角柱型セルに比べて複雑さとコストが増加します。

2.2 エネルギー密度と性能

エネルギー密度:
パウチセルは、筐体重量の最小化と効率的なスペース利用により、一般的に高い体積エネルギー密度を実現します。例えば、日産リーフのパウチバッテリーは、エネルギー密度が157Wh/kg（LMO）から174Wh/kg（NCM）に向上しました。
角柱型セルはエネルギー密度では若干遅れをとっているものの、冷却性能を高めてコンパクトなパッキングを可能にし、エネルギー密度を高めるGMの「逆U字型」設計などのイノベーションによって追い上げている。
熱管理:
角柱型セルは、冷却システムの統合を簡素化する剛性構造を採用しています。角柱型セルの設計を変更することで、冷却システムの容積を50%削減し、熱性能を向上させます。
パウチセルは熱による酷使時に内部圧力が低くなりますが、膨張や局所的な過熱を軽減するために高度な熱管理が必要です。

2.3 安全性と故障モード

故障メカニズム:
プリズムの: 熱負荷を受けると、角柱型バッテリーセルは高い内部圧力（例えば、5577 Nの膨張力）と高温（121℃）にさらされ、激しいガス放出や爆発の危険性が生じます。しかし、剛性の高いケースが熱暴走の伝播を遅らせます。
ポーチガスの蓄積により膨張（いわゆる「妊娠」）することはよくありますが、ソフトパッケージは圧力を緩やかに解放するため、爆発のリスクは軽減されます。ただし、パウチセルは極端な条件下では依然として発火する可能性があります。
早期警告信号:
分析により熱的負荷下における角柱型およびポーチ型LiFePO4電池の多次元信号変化どちらのタイプでも、異常な膨張力 (≥5 N/s) が熱暴走の最も早い指標として機能し、約 80 秒間の警告を提供して予防します。

パート3：バッテリーパック設計の課題と考慮事項

3.1 角形リチウム電池の課題

角柱リチウム電池は、電池パックの設計においていくつかの課題に直面しています。その堅牢な構造は耐久性に優れている一方で、小型アプリケーションでは柔軟性が制限される可能性があります。特に電気自動車やエネルギー貯蔵などの高エネルギーシステムでは、熱暴走が依然として大きな懸念事項となっています。この現象は過熱、火災、さらには爆発につながる可能性があります。汚染などの製造欠陥は内部短絡を引き起こし、さらに爆発のリスクを高めます。熱暴走これらの問題にもかかわらず、リチウムイオン電池の実際の故障率は、世界中で生産される膨大な数と比較すると低いままです。

もう一つの課題は、角形セルのカスタマイズです。モデルごとに独自の仕様が求められることが多く、大量生産が複雑化し、コストが増加します。さらに、角形電池の製造における自動化レベルが低いため、品質にばらつきが生じ、インフラや産業システムといった重要な用途における信頼性に影響を与える可能性があります。

3.2 パウチ型リチウム電池の課題

パウチセルは軽量で柔軟な設計といった利点がある一方で、特有の課題も抱えています。その柔らかいケースは、穴が開いたり、圧力がかかった際に膨張したりするなど、物理的な損傷を受けやすくなっています。この脆弱性は、特にロボット工学や医療機器といった需要の高い用途において、安全性を損なう可能性があります。特に膨張は、時間の経過とともに性能低下やデバイスの故障につながる可能性があります。

熱管理も重要な課題です。パウチ型セルは角型電池のような構造的な剛性がないため、放熱効率が低くなります。その結果、温度分布が不均一になり、バッテリーパックの寿命が短くなる可能性があります。さらに、パウチ型セルは安全性と信頼性を確保するために製造時に綿密な品質検査が必要であり、製造コストの増加につながる可能性があります。

3.3 角柱型セルとポーチ型セルの選択時に考慮すべき要素

角形セルとパウチセルのどちらを選択するかは、いくつかの要素を評価する必要があります。アプリケーションのスペース制約とエネルギー要件を考慮してください。角形セルは、エネルギー貯蔵や輸送サービス耐久性と長寿命が優先される用途では、パウチセルが優れています。一方、パウチセルは、軽量でコンパクトな設計が求められる用途、例えば家電 or 医療機器.

安全性も重要な要素です。角型セルは熱安定性に優れているため、高エネルギー環境に適しています。一方、パウチ型セルは設計の柔軟性が高く、カスタムソリューションにおいて有利となる場合があります。コストも重要な要素です。角型バッテリーはカスタマイズのため初期コストが高くなる可能性があり、パウチ型セルは品質保証に追加投資が必要になります。

最終的には、アプリケーションの特定の要件に合わせて選択することで、最適なパフォーマンスとコスト効率が確保されます。カスタムバッテリーソリューションについては、 Large Power ニーズに合わせてカスタマイズするには、次のような専門家に相談することを検討してください。 Large Power 指導のために。

角型リチウム電池とパウチ型リチウム電池はそれぞれ独自の利点を持っています。角型セルは耐久性と高出力用途への適合性に優れ、パウチ型セルは軽量でフレキシブルな設計のため、携帯機器に最適です。電圧と容量は両タイプともほぼ同等ですが、角型セルはエネルギー貯蔵システムに適しており、パウチ型セルは小型電子機器に最適です。

電池の種類を選ぶ際には、アプリケーションの要件を考慮してください。太陽光発電システムや電気自動車の場合、角柱型セルは長期的な信頼性と安全性を提供します。一方、民生用電子機器や医療機器の場合、パウチ型セルは設計の柔軟性とコスト効率に優れています。性能、コスト、設計ニーズに合わせて選択することで、最適な結果が得られます。