Den Komplette Guide til Cylindriske Li-ion Batterier: Typer, Ydelse og Anvendelser

Cylindriske lithiumbatterier er opdelt i forskellige systemer såsom lithium jernfosfat, lithium koboltoxid, lithium manganoxid, kobolt-mangan hybrid og ternære materialer. Kapslen er opdelt i stålkapsel og polymerkapsel. Forskellige materiale-systemer har forskellige fordele.

Komplet liste over cylindriske lithiumbatterimodeller

Cellemodel	nominel spænding	Kapacitet (mAh)	Opladningstemperatur (°C)	Afladningstemperatur (°C)	Opladningsstrøm (A)	Udladningsstrøm (a)
ICR18650 (Ternært)	3.7v	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (stuetemperatur 1C)	10 A (normal temperatur 5C)
ICR18650 (Ternært)	3.7v	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (stuetemperatur 1C)	25A (stuetemperatur 10°C)
ICR18650 (Ternært)	3.7v	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normal temperatur 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternært)	3.7v	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normal temperatur 1C)	40A (normal temperatur 10C)
NCR18650B (Ternært)	3,6V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternært)	3,6V	3000	0~45	-20~75	0,5 c	15a
IFR26650 (Lithiumjernfosfat)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (stuetemperatur 1C)	10 A (stuetemperatur 3C)
IFR32700 (Lithiumjernfosfat)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normal temperatur 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10,2 A

I. Hvad er en cylindrisk lithiumbatteri?

1. Definition af cylindrisk batteri

Cylindriske lithiumbatterier er inddelt i forskellige systemer, herunder lithium-jernfosfat, lithium-kobolt-oxid, lithium-mangan-oxid, kobolt-mangan-hybrid og tredelte materialer. Kapslerne findes i stål- og polymerudgaver, hver med deres egne fordele. I øjeblikket er cylindriske lithium-jernfosfat-batterier med stålkapsler de mest almindelige. Disse batterier har fordele som høj kapacitet, høj afladningsspænding, god opladnings-/afladningscyklus ydeevne, stabil udgangsspænding, evne til afladning med høj strøm, stabil elektrokemisk ydeevne, sikkerhed, bred driftstemperaturinterval og miljøvenlighed. De anvendes bredt inden for solbelysning, havebelysning, reservedrift, el-værktøj og legetøjsmodeller.

2. Cylindrisk batterikonstruktion

En typisk cylindrisk batterikonstruktion inkluderer: kappe, låg, positiv elektrode, negativ elektrode, separator, elektrolyt, PTC-element, pakning, sikkerhedsventil osv. Generelt er batterikappen den negative elektrode, og låget er den positive elektrode. Batterikappen er fremstillet af nikkelpladeret stål.

3. Fordele ved cylindriske lithiumbatterier

I forhold til pung- og prismeformede lithiumbatterier har cylindriske lithiumbatterier den længste udviklingshistorie, en højere grad af standardisering, mere modne teknologier, højere yieldrate og lavere omkostninger.

Moden produktionsproces, lav PACK-omkostning, høj batteriproduktyield og god varmeafledningsydelse.

Cylindriske batterier har etableret en række internationalt forenede standarder og modeller, med moden teknologi, der er velegnet til massiv kontinuerlig produktion. Den cylindriske form har et stort specifikt overfladeareal, hvilket resulterer i god varmeafledning.

Cylindriske batterier er generelt forseglede batterier, og der opstår ingen vedligeholdelsesproblemer under brug.

Battericellerne har en høj trykbestandighed og vil under brug ikke vise fænomener såsom svulmning, som kan ses hos firkantede eller blødpakningsbatterier.

4. Cylindrisk batterikatodemateriale

I dag omfatter de almindeligt anvendte kommercielle cylindriske batterikatodematerialer primært lithiumcobaltoxid (LiCoO₂), lithiummanganoxid (LiMn₂O₄), tredelt lithium (NMC) og lithiumjernfosfat (LiFePO₄). Forskellige materialersystemer har forskellige egenskaber, som sammenlignet nedenfor:

projekt	Lithiumcobaltoxid (LiCoO₂)	Tredelt lithium (LiNiCoMnO₂)	Lithiummanganoxid (LiMn₂O₄)	Lithium jernfosfat (LiFePO₄)
Pakketettheds (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Specifik overfladeareal (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Kapacitet (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Spændingsplateau (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Cyklisk ydeevne	≥ 500 gange	≥ 500 gange	≥300 gange	≥ 2000 gange
Råstofomkostninger	Høj (cobaltindhold)	Høj (indeholder nikkel og cobalt)	lav	lav
Miljøbeskyttelse	Indeholder cobalt (lav miljøvenlighed)	Indeholder nikkel og cobalt (Kinas Miljøbeskyttelse)	Ikke-giftigt	Ikke-giftigt
Sikkerhedspræstationer	- De er fattige.	bedre	god	fremragende
Anvendelsesområder	Små batterier	Lille effektbatteri	Effektbatterier, lavprisbatterier	Effektbatterier/ekstra store strømforsyninger
fordele	Små og mellemstore batterier har stabil ydeevne	Stabil elektrokemisk ydeevne	Manganressourcer er rigelige og lave i pris	Høj sikkerhed og lang levetid
ulempe	Høj koboltpris og lav cykluslevetid	Kobolt og nikkel er dyre	Lav energitæthed	Dårlig ydeevne ved lav temperatur

5. Anodemateriale til cylindriske batterier

Anodematerialer til cylindriske batterier kan groft opdeles i seks typer: kulstofbaserede anodematerialer, legeringsanodematerialer, tinbaserede anodematerialer, litiumholdige overgangsmetalnitrid-anodematerialer, nanoskala materialer og nanoanodematerialer.

Kulstofnanoskala anodematerialer: I dag er anodematerialerne, der faktisk anvendes i lithium-ion-batterier, stort set kulstofbaserede materialer, såsom kunstig grafitt, naturlig grafitt, mesofase kulstofmikrosfærer, petroleums koks, kulstof fiber, pyrolytisk harpiks-kulstof osv.

Legeringsbaserede anodematerialer omfatter tinbaserede legeringer, siliciumbaserede legeringer, germaniumbaserede legeringer, aluminiumsbaserede legeringer, antimonbaserede legeringer, magnesiumbaserede legeringer og andre legeringer. Der er i øjeblikket ingen kommersielt tilgængelige produkter.

Tinbaserede anodematerialer: Tinbaserede anodematerialer kan deles op i to typer: tinoxider og tinbaserede sammensatte oxider. Oxider henviser til oxider af metallisk tin i forskellige valenstilstande. Der er i øjeblikket ingen kommersielt tilgængelige produkter.

Der er i øjeblikket ingen kommersielt tilgængelige litiumovergangsmetalnitrid-anodematerialer.

Nanoskala materialer: kulstofnanorør, nano-legeringsmaterialer.

Nano-anodematerialer: Nano-oxidmaterialer

 

II. Cylindriske lithiumbattericeller

1. Mærker af cylindriske litium-ionceller

Cylindriske lithiumbatterier er populære blandt lithiumbatterivirksomheder i Japan og Sydkorea, og der er også et betydeligt antal virksomheder i Kina, som producerer cylindriske lithiumbatterier. Det første cylindriske lithiumbatteri blev opfundet af Sony Corporation i Japan i 1992.

Kendte mærker inden for cylindriske litium-ionceller inkluderer: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK og Lishen.

 

2. Typer af cylindriske litium-ionceller

Cylindriske litium-ionceller repræsenteres typisk af fem cifre. Regnet fra venstre angiver de to første cifre batteriets diameter, det tredje og fjerde ciffer angiver batteriets højde, og det femte ciffer angiver, at cellen er cirkulær. Der findes mange modeller af cylindriske lithiumbatterier, hvoraf nogle almindelige er 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 og 32650.

① 10440-batteri:
Batteriet 10440 er et litiumbatteri med en diameter på 10 mm og en højde på 44 mm, samme størrelse som det, vi almindeligvis kalder et "størrelse 7-batteri". Denne type batteri har generelt en meget lille kapacitet, kun et par hundrede mAh, og anvendes primært i mini-elektronikprodukter såsom lommelygter, minihøjttalere og megafoner.

② 14500 batteri:
Batteriet 14500 er et litiumbatteri med en diameter på 14 mm og en højde på 50 mm. Denne type batteri er generelt 3,7 V eller 3,2 V, med en relativt lille nominel kapacitet, lidt større end 10440-batteriet, typisk 1600 mAh. Det har fremragende afladningsegenskaber og anvendes primært i forbrugerelektronik, såsom trådløse højttalere, elektriske legetøj og digitalkameraer.

③ 16340 batteri.
Batteriet 16340 er et litiumbatteri med en diameter på 16 mm og en højde på 34 mm. På grund af sin kortere højde og relativt store kapacitet findes denne type batteri ofte i kraftige lommelygter, LED-lommelygter, hovedlamper, laserlygter og anden belysning.

④ 18650-batteri:
18650-batteriet er et litiumbatteri med en diameter på 18 mm og en højde på 65 mm. Dets største fordel er den meget høje energitæthed, som er op til 170 Wh/kg. Derfor er denne type batteri økonomisk fordelagtig. De fleste batterier, vi ser i hverdagen, er af denne type, da det er en relativt moden litiumbatteritype med god systemkvalitet og stabilitet i alle aspekter. Det anvendes bredt i batterikapacitetsapplikationer på omkring 10 kWh, såsom i mobiler, bærbare computere og andre små elektroniske enheder.

⑤ 21700-batteri:
Batteriet 21700 er et litiumbatteri med en diameter på 21 mm og en højde på 70 mm. På grund af den øgede størrelse er udnyttelsen af pladsen forbedret, og energitætheden i de enkelte celler samt i systemet kan øges. Dens volumetriske energitæthed er langt højere end hos 18650-batteriet. Det anvendes bredt i digitale produkter, elbiler, balancevogne, sollysbaserede litiumbatterigadelamper, LED-lamper, el-værktøj mv.

⑥ 26650 Batteri:
Batteriet 26650 er et litiumbatteri med en diameter på 26 mm og en højde på 65 mm. Det har en nominalspænding på 3,2 V og en nominel kapacitet på 3200 mAh. Denne type batteri har fremragende kapacitet og høj konsistens og er gradvist blevet afløser for 18650-batterier. Mange produkter inden for kraftbatterier vil også efterhånden foretrække denne type.

⑦ 32650 Batteri
32650-batteriet er et lithiumbatteri med en diameter på 32 mm og en højde på 65 mm. Denne type batteri har en stærk evne til kontinuerlig afladning, hvorfor det er mere velegnet til eldrevne legetøjsprodukter, reservestrøm, UPS-batterier, vindkraftanlæg samt hybrid-vind-sol kraftværker.

III. Udviklingen på det cylindriske lithiumbatterimarked

Fremdrift inden for teknologi for cylindriske lithium-ionbatterier skyldes primært nybrydende forskningsresultater og anvendelse af nøglebatterimaterialer. Udviklingen af nye materialer forbedrer yderligere batteriets ydeevne, forbedrer kvaliteten, nedsætter omkostningerne og øger sikkerheden. For at opfylde kravene fra nedstrøms applikationer om højere specifik energi opnås dette ved brug af materialer med høj specifik kapacitet samt ved at øge opladningsspændingen gennem anvendelse af højspændingsmaterialer.

Cylindriske lithium-ionbatterier er udviklet fra 14500 til Teslas 21700-batteri. På kort og mellemlang sigt, mens eksisterende lithium-ion-akkumulatorteknologier optimeres for at opfylde behovene for storstilet udvikling af nye energikøretøjer, fokuserer man på at udvikle nye lithium-ion-akkumulatorer, forbedre deres sikkerhed, konsistens og levetid samt samtidig udføre forudseende forskning og udvikling af nye akkumulatorsystemer.

For den mellemlange og langsigtede udvikling af cylindriske lithium-ionbatterier vil man, mens man løbende optimerer og forbedrer nye lithium-ion-akkumulatorer, fokusere på at udvikle nye akkumulatorsystemer for markant at øge den specifikke energi, kraftigt reducere omkostningerne og realisere praktisk anvendelse og storstilet anvendelse af nye akkumulatorsystemer.