Пълното ръководство за цилиндрични Li-ion батерии: типове, производителност и приложения

Цилиндричните литиеви батерии се делят на различни системи като литий желязо фосфат, литий кобалт оксид, литий манган оксид, кобалт-манган хибрид и тернарни материали. Капсулите се делят на стоманени и полимерни. Различните материални системи имат различни предимства.

Пълен списък с модели на цилиндрични литиеви батерии

Модел на челица	номинално напрежение	Капацитет (mAh)	Температура на зареждане (°C)	Температура на разреждане (°C)	Ток за зареждане (A)	Ток за разреждане (A)
ICR18650 (Тройна система)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (при стайна температура 1C)	10A (нормална температура 5C)
ICR18650 (Тройна система)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5A (стайна температура 1C)	25A (стайна температура 10°C)
ICR18650 (Тройна система)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (нормална температура 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Тернарен)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (нормална температура 1C)	40A (нормална температура 10C)
NCR18650B (Тернарен)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875 A
INR18650-30Q (Тройна)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0.5c	15A
IFR26650 (Литиево-желязна фосфат)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (при стайна температура 1C)	10 A (при стайна температура 3C)
IFR32700 (Литиево-желязна фосфат)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (при нормална температура 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Какво е цилиндрична литиева батерия?

1. Определение за цилиндрична батерия

Цилиндричните литиеви батерии се класифицират в различни системи, включително литий-желязо-фосфат, литий-кобалт-оксид, литий-манган-оксид, кобалт-мangan хибрид и тройни материали. Капаците са налични в стоманени и полимерни типове, като всеки има свои предимства. В момента най-разпространени са цилиндричните литий-желязо-фосфатни батерии със стоманени капаци. Тези батерии предлагат предимства като висока капацитет, високо изходно напрежение, добра производителност при зарядно-разряден цикъл, стабилно изходно напрежение, възможност за разряд с висок ток, стабилна електрохимическа производителност, безопасност, широк диапазон на работна температура и екологичност. Те намират широко приложение в слънчево осветление, тревно осветление, резервно захранване, електрически инструменти и играчки модели.

2. Структура на цилиндрична батерия

Типичната цилиндрична батерийна конструкция включва: корпус, капачка, положителен електрод, отрицателен електрод, сепаратор, електролит, PTC елемент, уплътнение, предпазен клапан и др. Обикновено корпусът на батерията е отрицателният електрод, а капачката – положителният. Корпусът на батерията е изработен от никелирана стомана.

3. Предимства на цилиндричните литиеви батерии

В сравнение с торбични и призматични литиеви батерии, цилиндричните литиеви батерии имат най-дълга история на развитие, по-висока степен на стандартизиране, по-зрела технология, по-висок процент добив и по-ниска цена.

Зрял производствен процес, ниска PACK цена, висок добив на батерийни продукти и добро топлоотвеждане.

Цилиндричните батерии са установили серия от международно обединени стандартни спецификации и модели, със зрела технология, подходяща за масово непрекъснато производство. Цилиндричната форма има голяма специфична повърхност, което осигурява добро охлаждане.

Цилиндричните батерии обикновено са запечатани и по време на употреба не изискват поддръжка.

Кутията на батерията има висока устойчивост на налягане и няма да показва явления като раздуване, както при квадратни или меки пакетни батерии по време на употреба.

4. Катоден материал за цилиндрични батерии

В момента основните търговски катодни материали за цилиндрични батерии включват литиев кобалтов оксид (LiCoO₂), литиев марганцов оксид (LiMn₂O₄), тройно литие (NMC) и литиев желязен фосфат (LiFePO₄). Различните материални системи имат различни характеристики, както е показано по-долу:

проект	Литиев кобалтов оксид (LiCoO₂)	Тройно литие (LiNiCoMnO₂)	Литиев марганцов оксид (LiMn₂O₄)	Литиево-желязна фосфатна (LiFePO₄)
Плотност на тапа (г/см³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Специфична повърхност (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Капацитет (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Напрежение плато (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Циклична производителност	≥500 пъти	≥500 пъти	≥300 пъти	≥2000 пъти
Цени на суровините	Високо (съдържание на кобалт)	Високо (съдържа никел и кобалт)	ниско	ниско
Опазване на околната среда	Съдържа кобалт (ниска екологичност)	Съдържа никел и кобалт (Китайска околна среда)	Нетоксичен	Нетоксичен
Сигурност	Бедните.	по-добър	добре	отлично
ОБЛАСТИ НА ПРИЛОЖЕНИЕ	Малки батерии	Малка силова батерия	Силови батерии, батерии с ниска цена	Силови батерии/ултра-големи по обем захранвания
предимство	Малките и средни батерии имат стабилна производителност	Стабилни електрохимични характеристики	Мангановите ресурси са обилни и с ниска цена	Висока безопасност и дълъг живот
недостатък	Високата цена на кобалта и нисък цикъл на живот	Кобалтът и никелът са скъпи	Ниска плътност на енергията	Слаба производителност при ниски температури

5. Аноден материал за цилиндрични батерии

Анодните материали за цилиндрични батерии могат условно да се разделят на шест типа: въглеродни анодни материали, сплавени анодни материали, оловни анодни материали, литиеви преходни метални нитридни анодни материали, наномащабни материали и нано анодни материали.

Въглеродни анодни материали в наномащаб: В момента анодните материали, използвани в литиево-йонни батерии, са предимно въглеродни материали, като изкуствен графит, естествен графит, мезофазни въглеродни микросфери, петролен кокс, въглеродни влакна, въглерод от пиролизен смоли и други.

Анодни материали въз основа на сплави: включват оловни сплави, кремниеви сплави, германиеви сплави, алуминиеви сплави, антимонови сплави, магнезиеви сплави и други сплави. В момента няма търговски достъпни продукти.

Оловни анодни материали: Оловните анодни материали могат да се разделят на два типа – оловни оксиди и композитни оловни оксиди. Оксидите са оксиди на метално олово в различни валентни състояния. В момента няма търговски достъпни продукти.

В момента няма търговски достъпни литиеви преходни метални нитридни анодни материали.

Наноматериали: въглеродни нанотръби, наносплави.

Наноанодни материали: нанооксидни материали

 

II. Цилиндрични литиеви батерийни клетки

1. Марки на цилиндрични литиево-йонни елементи

Цилиндричните литиеви батерии са популярни сред производителите на литиеви батерии в Япония и Южна Корея, като има значителен брой компании в Китай, които произвеждат цилиндрични литиеви батерии. Първата цилиндрична литиева батерия е изобретена от японската корпорация Sony през 1992 г.

Известни марки на цилиндрични литиево-йонни елементи включват: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK и Lishen.

 

2. Типове цилиндрични литиево-йонни елементи

Цилиндричните литиево-йонни елементи обикновено се означават с пет цифри. Броейки отляво надясно, първите две цифри показват диаметъра на батерията, третата и четвъртата цифра – височината на батерията, а петата цифра означава, че елементът е кръгъл. Има много модели цилиндрични литиеви батерии, като често срещаните са 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 и 32650.

① Батерия 10440:
Батерията 10440 е литиева батерия с диаметър 10 мм и височина 44 мм, със същия размер, както това, което обикновено наричаме "батерия тип 7". Този тип батерии обикновено има много малък капацитет – само няколко стотин mAh, и се използва предимно в миниатюрни електронни продукти, като фенерчета, мини колонки и мегафони.

② Батерия 14500:
Батерията 14500 е литиева батерия с диаметър 14 мм и височина 50 мм. Този тип батерии обикновено е 3,7 V или 3,2 V, с относително малък номинален капацитет, леко по-голям от този на батерията 10440, обикновено 1600 mAh. Има отлични параметри при разряд и се използва предимно в битова електроника, като безжични колонки, електронни играчки и цифрови фотоапарати.

③ Батерия 16340.
Батерията 16340 е литиева батерия с диаметър 16 мм и височина 34 мм. Поради по-малката си височина и сравнително голяма капацитет, този тип батерии често се използва в мощните фенерчета, LED фенерчета, главни лампи, лазерни светлини и други осветителни уреди.

④ Батерия 18650:
Батерията 18650 е литиева батерия с диаметър 18 мм и височина 65 мм. Най-голямата ѝ характеристика е много високата плътност на енергията, която достига почти 170 Wh/кг. Поради това този тип батерия е икономически изгодна. Повечето от батериите, които виждаме в ежедневието, са от този тип, защото представлява относително зрял литиев модел с добро качество и стабилност по всички параметри. Тя намира широко приложение в решения с капацитет около 10 kWh, като мобилни телефони, лаптопи и други малки електронни устройства.

⑤ Батерия 21700:
Батерията 21700 е литиева батерия с диаметър 21 мм и височина 70 мм. Поради увеличените си размери, степента на използване на пространството се подобрява, а плътността на енергията както на отделните клетки, така и на системата може да се повиши. Нейната обемна плътност на енергията е значително по-висока в сравнение с тази на батерията 18650. Тя намира широко приложение в цифрови продукти, електрически превозни средства, балансиращи превозни средства, слънчеви улични лампи с литиеви батерии, LED осветление, електроинструменти и др.

⑥ Батерия 26650:
Батерията 26650 е литиева батерия с диаметър 26 мм и височина 65 мм. Има номинално напрежение от 3,2 V и номинална капацитет от 3200 mAh. Този тип батерия притежава отличен капацитет и висока последователност и постепенно става заместител на батериите 18650. Много продукти в областта на силовите батерии също ще предпочитат все повече този тип.

⑦ Батерия 32650
Батерията 32650 е литиева батерия с диаметър 32 мм и височина 65 мм. Този тип батерии притежава силна способност за непрекъснато разреждане, поради което е по-подходящ за електрически играчки, резервно захранване, UPS батерии, системи за производство на енергия от вятъра и хибридни вятърно-слънчеви системи за производство на енергия.

III. Развитие на пазара на цилиндрични литиеви батерии

Напредъкът в технологията на цилиндричните литиево-йонни батерии идва предимно от иновативни изследвания и приложение на ключови материали за батерии. Разработването на нови материали допринася за още по-добра производителност, подобряване на качеството, намаляване на разходите и повишаване на безопасността. За да се отговори на изискванията на приложенията в по-ниските вериги за по-висока специфична енергия на батериите, това се постига чрез използване на материали с висока специфична мощност и чрез увеличаване на напрежението при зареждане чрез прилагане на високоволтови материали.

Цилиндричните литиев-йонни батерии са еволюирали от 14500 до Tesla 21700 батерия. В краткосрочен и средносрочен план, докато се оптимизират съществуващите технологии на литиев-йонни тягови батерии, за да се удовлетворят нуждите на мащабното развитие на превозни средства с нова енергия, основното внимание се насочва към разработването на нови литиев-йонни тягови батерии, подобряване на тяхната безопасност, съгласуваност и продължителност на живот, като едновременно се провежда перспективно проучване и разработка на нови системи за тягови батерии.

За средносрочното и дългосрочно развитие на цилиндрични литиев-йонни батерии, докато непрекъснато се оптимизират и подобряват новите литиев-йонни тягови батерии, ще се фокусираме върху разработването на нови системи за тягови батерии, за значително подобряване на специфичната енергия, значително намаляване на разходите и осъществяване на практическо приложение и мащабно използване на нови системи за тягови батерии.