Formatos de celdas de baterías de vehículos eléctricos: cilíndricas, prismáticas y de bolsa

Las celdas de las baterías de vehículos eléctricos se fabrican en tres formatos principales: cilíndricas con carcasa metálica redonda, prismáticas con carcasa metálica rectangular y de bolsa, selladas en una lámina multicapa flexible. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023) Su forma y envolvente influyen en cómo se agrupan, cómo evacúan el calor y cómo las sostiene la batería.

Este capítulo explica esa construcción física y amplía los materiales descritos en Química y componentes de las celdas.

Formato de celda y montaje interno

Dentro de una celda, un separador eléctricamente aislante mantiene apartados los finos electrodos positivos y negativos. Estas capas forman una estructura repetitiva que puede enrollarse o apilarse.

El enrollado reúne tiras continuas de electrodos y separador en una estructura conocida como «jelly roll». Las celdas cilíndricas utilizan un enrollado circular. Una carcasa prismática puede contener enrollados aplanados o electrodos apilados. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023) En el apilado en Z, las hojas individuales de electrodo se colocan alternativamente a cada lado de un separador plegado en zigzag. Samsung SDI describe el enrollado y el apilado en Z como formas distintas de ensamblar las mismas capas esenciales y destaca la precisión de la alineación durante el enrollado para evitar cortocircuitos internos. Samsung SDI: montaje de celdas, bobinado y apilado en Z (2026)

La envolvente y el montaje interno son, por tanto, decisiones de diseño independientes. «Prismática» describe la forma exterior, pero no indica si los electrodos están enrollados o apilados. El formato tampoco especifica la química: LFP y NMC describen materiales de los electrodos, mientras que cilíndrica, prismática y de bolsa describen la construcción física. PowerCo: primeras celdas de Salzgitter y arquitectura Unified Cell (2025)

Celdas cilíndricas

Una celda cilíndrica encierra sus electrodos enrollados en una carcasa metálica rígida. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023) La carcasa proporciona una forma definida para la manipulación y el montaje. Al agrupar cilindros quedan espacios entre sus superficies curvas. Los diseñadores de baterías pueden aprovechar parte de ese espacio para la refrigeración u otros componentes.

Tamaños y denominaciones

Las denominaciones habituales indican aproximadamente el diámetro y la altura. Una celda 18650 mide unos 18 mm de diámetro y 65 mm de altura. Panasonic: dimensiones de las celdas 18650 (2012) Una celda 21700, también llamada 2170, mide unos 21 mm por 70 mm. Panasonic: denominaciones de tamaño de las celdas cilíndricas (2021) Una celda 4680 mide unos 46 mm por 80 mm. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023) Son medidas nominales; las dimensiones exactas y sus tolerancias figuran en la especificación de cada celda.

Lengüetas y recogida de corriente

Los recubrimientos de los electrodos se depositan sobre láminas metálicas llamadas colectores de corriente. Las conexiones eléctricas entre estas láminas y los terminales de la celda suelen denominarse lengüetas. Su posición determina cuánto debe recorrer la corriente a lo largo de la lámina y dónde genera calor la resistencia eléctrica.

Un diseño con pocas lengüetas localizadas concentra la recogida de corriente en esos puntos. Varias lengüetas, o conexiones distribuidas por los bordes de los electrodos, acortan los recorridos por la lámina. Li et al.: diseño de lengüetas y refrigeración de celdas cilíndricas (2021) Los diseños descritos como «tabless» siguen teniendo conexiones eléctricas: el término se refiere a una recogida distribuida en lugar de unas pocas lengüetas independientes. Baazouzi y sus colegas documentan conexiones realizadas a través de los bordes expuestos de las láminas colectoras. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023)

El calor puede salir por la pared lateral o por los extremos, según qué superficies estén conectadas al sistema de refrigeración. En un modelo validado de la celda LG M50T 21700, Li y sus colegas observaron que la recogida distribuida reducía la generación de calor y las diferencias de temperatura internas. En las simulaciones de descarga a 3C del estudio, una lengüeta continua con refrigeración lateral por conducción ofreció el mejor rendimiento térmico. En ese modelo, refrigerar los laterales fue más eficaz que refrigerar únicamente la base. Li et al.: diseño de lengüetas y refrigeración de celdas cilíndricas (2021)

Celdas prismáticas

Las celdas prismáticas utilizan una carcasa rectangular rígida. Baazouzi et al.: diseño y fabricación de celdas cilíndricas (2023) Su forma permite colocarlas cara a cara, reservando espacio para aislamiento, soporte y el sistema de refrigeración elegido. El grosor de las celdas, la posición de los terminales y el margen para la expansión condicionan el montaje final.

Una carcasa común también puede admitir distintas químicas. En su anuncio de diciembre de 2025 sobre las primeras celdas fabricadas en Salzgitter, PowerCo describió su Unified Cell como una arquitectura prismática estandarizada. Las primeras celdas utilizaban química NMC y se preveía incorporar LFP después. La versión inicial NMC y la versión LFP prevista ilustran cómo una arquitectura física común puede alojar distintos materiales de electrodo. PowerCo: primeras celdas de Salzgitter y arquitectura Unified Cell (2025)

Dónde encajan las celdas BYD Blade

El diseño Blade de BYD es una celda prismática larga y estrecha, clasificada en esa familia por el estudio de Fraunhofer ISI sobre formatos de celdas. Fraunhofer ISI: formatos de celdas de iones de litio (2022) En el folleto del SEAL de 2024, BYD describe un conjunto de celdas delgadas y alargadas con LFP como material del cátodo. BYD Irlanda: folleto del SEAL MY2024, Blade Battery

«Blade» identifica el diseño de BYD y LFP el material del cátodo. Cell-to-pack y cell-to-body describen cómo se integran las celdas en la batería o en la estructura del vehículo.

Celdas de bolsa

Una celda de bolsa encierra el conjunto de electrodos en una lámina multicapa con una capa barrera de aluminio y capas de polímero. Departamento de Energía de Estados Unidos: informe sobre fabricación sostenible y economía circular (2023) Al carecer de carcasa rígida, depende más del montaje que la rodea para su soporte y protección mecánicos. Fraunhofer ISI: formatos de celdas de iones de litio (2022) Los bordes sellados y los conductores de conexión también ocupan espacio alrededor del conjunto de electrodos. LG Energy Solution: montaje de celdas de bolsa (2023)

LG Energy Solution describe un proceso de montaje de celdas de bolsa en el que se apilan unidades de electrodos laminadas, se sueldan los conductores y se introduce el conjunto en una bolsa conformada. La celda se llena de electrolito y se sella. Una bolsa de gas temporal recoge el gas generado durante la formación; ese gas se extrae antes del sellado final. LG Energy Solution: montaje de celdas de bolsa (2023)

Sujeción, hinchamiento y presión

Tras retirar el gas de formación, la celda sigue cambiando de grosor durante el uso. Los electrodos varían de volumen al cargar y descargar la celda. Algunos cambios de grosor son reversibles con el estado de carga, mientras que el envejecimiento puede causar una expansión permanente. La estructura circundante debe admitir estos cambios y mantener el contacto previsto entre las capas y las superficies de refrigeración.

La compresión externa permite controlar ese contacto. La presión necesaria y su evolución al expandirse la celda dependen de la celda y de su instalación. Una presión mayor no es automáticamente mejor. En ensayos con celdas de bolsa comerciales NMC622/grafito de 60 Ah, Michelini y sus colegas observaron que la precarga mecánica más alta ensayada producía menos engrosamiento permanente, pero una pérdida de capacidad más rápida. Los resultados respaldan diseñar y validar un intervalo de presión para la celda concreta, en lugar de asignar un único requisito de compresión a todas las celdas de bolsa. Michelini et al.: hinchamiento de celdas de bolsa con distintas precargas mecánicas (2023)

Refrigeración de una celda plana

Las caras anchas de una celda de bolsa ofrecen una gran superficie de contacto para refrigeración. Sin embargo, el calor se transmite de forma distinta a lo largo de las capas de electrodos y a través de ellas. En una celda de bolsa LFP comercial de 20 Ah totalmente cargada, Lin y sus colegas midieron conductividades térmicas de unos 26,6 W/(m·K) a lo largo de las capas y 0,52 W/(m·K) a través del apilado: una diferencia de aproximadamente 50 veces. Esta dependencia de la dirección ayuda a explicar la importancia del grosor, la superficie de contacto y la ubicación de las superficies refrigeradas. Lin et al.: conductividad térmica direccional en celdas de bolsa (2022)

Refrigerar mediante las lengüetas ofrece otra vía térmica. En ensayos con celdas de bolsa NMC de 5 Ah, Hunt y sus colegas observaron que la refrigeración superficial creaba diferencias de temperatura entre las capas de electrodos y una distribución desigual de corriente. Durante ciclos con descarga a 6C y carga a 2C, la celda refrigerada por la superficie perdía capacidad utilizable bajo carga más rápidamente que la refrigerada por las lengüetas, aunque sus capacidades medidas a bajo régimen disminuían de forma similar. Cada serie utilizó una celda por disposición de refrigeración; dos series con distintos cicladores de baterías dieron resultados comparables. Hunt et al.: refrigeración superficial y por lengüetas de celdas de bolsa (2016) Los circuitos de refrigerante y el control de temperatura del vehículo se explican en Gestión térmica de la batería.

¿Qué cambia al aumentar el tamaño de las celdas?

Una celda más grande puede almacenar más energía y reducir el número de celdas necesarias para una capacidad de batería dada. También cambia la recogida de corriente, el flujo térmico y el número de conexiones externas.

Más energía por celda y mayor densidad

En septiembre de 2024, Panasonic describió su celda 4680 como una celda con cinco veces la capacidad de su 2170. Panasonic Energy: desarrollo de la 4680 y comparación de capacidad (2024) A partir de las dimensiones nominales anteriores, EVKX calcula una relación de volúmenes cilíndricos de (46² × 80) / (21² × 70), aproximadamente 5,5 veces. Por tanto, el aumento de capacidad viene acompañado de un aumento considerable del tamaño de la celda.

El anuncio del BMW iX5 de junio de 2026 ofrece otro ejemplo: celdas de 46 mm de diámetro y 120 mm de altura, con la misma química que las celdas de 95 mm de altura del iX3. BMW atribuyó al incremento de altura casi un 30% más de energía utilizable por celda. BMW: anuncio del iX5 y dimensiones de las celdas cilíndricas (2026) Con igual diámetro, el volumen nominal aumenta en la relación 120 / 95, aproximadamente un 26%.

Comparar densidades energéticas exige medir la energía con el mismo criterio y dividirla por el volumen real o la masa de la celda. Los cálculos de volumen nominal anteriores ponen en contexto las afirmaciones sobre capacidad por celda.

Conexiones y supervisión de tensión

Usar menos celdas puede reducir el número de conexiones externas. Sin embargo, las necesidades de supervisión de tensión dependen de la configuración eléctrica. Las celdas conectadas directamente en paralelo comparten tensión, por lo que el sistema de gestión de batería suele medir ese grupo paralelo como una posición de la cadena en serie.

Sustituir varias celdas pequeñas en paralelo por una más grande puede, por tanto, reducir el número físico de celdas sin reducir el número de tensiones supervisadas. En una respuesta del foro de asistencia TI E2E, el ingeniero de Texas Instruments Matt Sunna explica que el circuito supervisor trata las celdas conectadas directamente en paralelo como una celda mayor. Respuesta en el foro de soporte TI E2E: supervisión de grupos de celdas en paralelo La ubicación de los sensores de temperatura es una decisión de diseño independiente.

Recorridos eléctricos, térmicos e iónicos

Aumentar las dimensiones de una celda puede alargar los recorridos por sus láminas colectoras o desde el interior hasta una superficie refrigerada. La posición de las lengüetas y la geometría de refrigeración actúan sobre esos recorridos eléctricos y térmicos.

El transporte de iones de litio se produce localmente a través de los poros llenos de electrolito y el separador, y dentro de las partículas de material activo. Hacer una celda más alta o más ancha no alarga por sí solo estos recorridos. Los determinan el grosor del recubrimiento de los electrodos, la estructura de los poros y las dimensiones de las partículas. Una carcasa mayor y un recubrimiento más grueso son decisiones distintas; Química y componentes de las celdas explica los compromisos del diseño de electrodos.

Protección a nivel de celda

Las carcasas rígidas cilíndricas y prismáticas pueden incorporar respiraderos de alivio de presión. Algunos diseños cilíndricos también incluyen un dispositivo de interrupción de corriente (CID) accionado por presión, que abre la conexión eléctrica, y un elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC), cuya resistencia aumenta al calentarse. Las celdas de bolsa pueden liberar gas por una unión de su envolvente termosellada. Un estudio presentado en el taller de baterías de la NASA de 2021 describe estos mecanismos y ensaya celdas cilíndricas sin elementos PTC, lo que demuestra la necesidad de comprobar los dispositivos instalados en cada diseño concreto. Chung et al., taller de baterías de la NASA: dispositivos de seguridad de las celdas (2021)

Comparación de los tres formatos

Paquete de batería y configuración explica cómo se conectan, refrigeran y sujetan las celdas en una batería de vehículo; Seguridad de la batería aborda la contención de fallos.