La guía completa sobre baterías cilíndricas de iones de litio: tipos, rendimiento y aplicaciones

Las baterías de litio cilíndricas se dividen en diferentes sistemas, como fosfato de hierro y litio, óxido de cobalto y litio, óxido de manganeso y litio, híbrido cobalto-manganeso y materiales ternarios. La carcasa se divide en carcasa de acero y carcasa de polímero. Diferentes sistemas de materiales presentan ventajas distintas.

Lista completa de modelos de baterías de litio cilíndricas

Modelo de célula	tensión nominal	Capacidad (mAh)	Temperatura de carga (°C)	Temperatura de descarga (°C)	Corriente de carga (A)	Corriente de descarga (A)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (temperatura ambiente 1C)	10 A (temperatura normal 5C)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (temperatura ambiente 1C)	25A (temperatura ambiente 10°C)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (temperatura normal 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternario)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (temperatura normal 1C)	40A (temperatura normal 10C)
NCR18650B (Ternario)	las demás	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternario)	las demás	3000	0~45	-20~75	0,5%	15A
IFR26650 (Fosfato de hierro y litio)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (temperatura ambiente 1C)	10 A (temperatura ambiente 3C)
IFR32700 (Fosfato de hierro y litio)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (temperatura normal 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

- ¿ Qué? ¿Qué es una batería cilíndrica de litio?

1. Definición de batería cilíndrica

Las baterías cilíndricas de litio se clasifican en diferentes sistemas, incluyendo fosfato de litio y hierro, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, híbridos de cobalto-manganeso y materiales ternarios. Las cubiertas están disponibles en tipos de acero y polímeros, cada uno con sus propias ventajas. Actualmente, las baterías cilíndricas de fosfato de litio y hierro con cubiertas de acero son las más comunes. Estas baterías ofrecen ventajas como alta capacidad, alto voltaje de salida, buen rendimiento en ciclos de carga-descarga, voltaje de salida estable, capacidad de descarga a alta corriente, rendimiento electroquímico estable, seguridad, amplio rango de temperatura de operación y respeto al medio ambiente. Se utilizan ampliamente en iluminación solar, iluminación de jardines, energía de respaldo, herramientas eléctricas y modelos de juguetes.

2. Estructura de la batería cilíndrica

Una estructura típica de batería cilíndrica incluye: carcasa, tapa, electrodo positivo, electrodo negativo, separador, electrolito, elemento PTC, junta, válvula de seguridad, etc. Generalmente, la carcasa de la batería es el electrodo negativo y la tapa es el electrodo positivo. La carcasa de la batería está hecha de acero niquelado.

3. Ventajas de las baterías cilíndricas de litio

En comparación con las baterías de litio en formato bolsa y prismáticas, las baterías cilíndricas de litio tienen la historia de desarrollo más larga, un mayor grado de estandarización, tecnología más madura, mayor tasa de rendimiento y menor costo.

Proceso de producción maduro, bajo costo de PACK, alto rendimiento del producto de batería y buen rendimiento de disipación de calor.

Las baterías cilíndricas han establecido una serie de especificaciones y modelos estándar internacionalmente unificados, con tecnología madura adecuada para la producción continua en masa. La forma cilíndrica tiene una gran superficie específica, lo que resulta en una buena disipación de calor.

Las baterías cilíndricas son generalmente baterías selladas y no presentan problemas de mantenimiento durante el uso.

La carcasa de la batería tiene una alta resistencia a la presión y no presenta fenómenos como hinchazón, como se observa en las baterías cuadradas o de bolsa blanda durante el uso.

4. Material catódico de la batería cilíndrica

Actualmente, los materiales catódicos principales comerciales para baterías cilíndricas incluyen óxido de litio-cobalto (LiCoO₂), óxido de litio-manganeso (LiMn₂O₄), litio ternario (NMC) y fosfato de litio-hierro (LiFePO₄). Diferentes sistemas de materiales presentan características distintas, como se compara a continuación:

pROYECTO	Óxido de litio-cobalto (LiCoO₂)	Litio ternario (LiNiCoMnO₂)	Óxido de litio-manganeso (LiMn₂O₄)	Fosfato de hierro litio (LiFePO₄)
Densidad de Tapado (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Área superficial específica (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capacidad (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Plataforma de voltaje (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Rendimiento cíclico	≥ 500 veces	≥ 500 veces	≥300 veces	≥2000 veces
Costos de Materia Prima	Alto (contenido de cobalto)	Alto (que contiene níquel y cobalto)	bajo	bajo
Protección ambiental	Contiene cobalto (baja amigabilidad ambiental)	Contiene níquel y cobalto (Protección Ambiental China)	No tóxico	No tóxico
Rendimiento de seguridad	Es pobre.	mejor	bueno	excelente
Áreas de aplicación	Baterías pequeñas	Batería pequeña de potencia	Baterías de potencia, baterías de bajo costo	Baterías de potencia/fuentes de alimentación de ultra gran capacidad
ventaja	Baterías pequeñas y medianas tienen rendimiento estable	Rendimiento electroquímico estable	Los recursos de manganeso son abundantes y de bajo costo	Alta seguridad y larga vida útil
desventaja	Precio elevado del cobalto y vida de ciclo baja	El cobalto y el níquel son costosos	Baja densidad energética	Rendimiento deficiente a bajas temperaturas

5. Material anódico para baterías cilíndricas

Los materiales anódicos para baterías cilíndricas se pueden dividir aproximadamente en seis tipos: materiales anódicos de carbono, materiales anódicos de aleación, materiales anódicos a base de estaño, materiales anódicos de nitruro de metal de transición con litio, materiales a nanoescala y materiales anódicos nanoestructurados.

Materiales anódicos de carbono a nanoescala: Actualmente, los materiales anódicos utilizados realmente en baterías de iones de litio son básicamente materiales de carbono, como grafito artificial, grafito natural, microesferas de carbono mesofásico, coque de petróleo, fibra de carbono, carbón de resina pirolítica, etc.

Los materiales de ánodo basados en aleaciones incluyen aleaciones de estaño, aleaciones de silicio, aleaciones de germanio, aleaciones de aluminio, aleaciones de antimonio, aleaciones de magnesio y otras aleaciones. Actualmente, no existen productos disponibles comercialmente.

Materiales de ánodo basados en estaño: Los materiales de ánodo basados en estaño se pueden dividir en dos tipos: óxidos de estaño y óxidos compuestos basados en estaño. Los óxidos se refieren a óxidos de estaño metálico en diversos estados de valencia. Actualmente, no existen productos disponibles comercialmente.

Actualmente no existen materiales de ánodo de litio nitruro de metal de transición disponibles comercialmente.

Materiales nanométricos: nanotubos de carbono, materiales de nanoaleación.

Materiales de ánodo nanométricos: materiales de nanoóxidos

 

II. Celdas cilíndricas de baterías de litio

1. Marcas de celdas cilíndricas de iones de litio

Las baterías cilíndricas de litio son populares entre las empresas de baterías de litio en Japón y Corea del Sur, y también hay un número considerable de empresas en China que producen baterías cilíndricas de litio. La primera batería cilíndrica de litio fue inventada por la corporación Sony de Japón en 1992.

Marcas conocidas de celdas de baterías cilíndricas de iones de litio incluyen: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK y Lishen.

 

2. Tipos de celdas cilíndricas de iones de litio

Las celdas cilíndricas de iones de litio generalmente se representan mediante cinco dígitos. Contando desde la izquierda, los dos primeros dígitos indican el diámetro de la batería, los terceros y cuartos dígitos indican la altura de la batería, y el quinto dígito indica que la celda es circular. Existen muchos modelos de baterías cilíndricas de litio, siendo comunes los modelos 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 y 32650.

① Batería 10440:
La batería 10440 es una batería de litio con un diámetro de 10 mm y una altura de 44 mm, del mismo tamaño que lo que comúnmente llamamos "batería tamaño 7". Este tipo de batería generalmente tiene una capacidad muy pequeña, solo unos pocos cientos de mAh, y se utiliza principalmente en productos electrónicos miniatura, como linternas, altavoces miniatura y megáfonos.

② Batería 14500:
La batería 14500 es una batería de litio con un diámetro de 14 mm y una altura de 50 mm. Este tipo de batería suele ser de 3,7 V o 3,2 V, con una capacidad nominal relativamente pequeña, algo mayor que la batería 10440, generalmente de 1600 mAh. Tiene un excelente rendimiento de descarga y se utiliza principalmente en electrónica de consumo, como altavoces inalámbricos, juguetes eléctricos y cámaras digitales.

③ Batería 16340.
La batería 16340 es una batería de litio con un diámetro de 16 mm y una altura de 34 mm. Debido a su menor altura y su capacidad relativamente grande, este tipo de batería se encuentra frecuentemente en linternas potentes, linternas LED, lámparas frontales, luces láser y otras luminarias.

④ Batería 18650:
La batería 18650 es una batería de litio con un diámetro de 18 mm y una altura de 65 mm. Su principal característica es su muy alta densidad de energía, que es casi 170 Wh/kg. Por lo tanto, este tipo de batería es económica. La mayoría de las baterías que vemos en la vida diaria son de este tipo porque es una batería de litio relativamente madura, con buena calidad y estabilidad del sistema en todos los aspectos. Se utiliza ampliamente en aplicaciones de capacidad de batería de alrededor de 10 kWh, como en teléfonos móviles, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos pequeños.

⑤ Batería 21700:
La batería 21700 es una batería de litio con un diámetro de 21 mm y una altura de 70 mm. Debido a su mayor tamaño, se mejora la tasa de utilización del espacio, y puede aumentarse la densidad energética de las celdas individuales y del sistema. Su densidad energética volumétrica es mucho más alta que la de la batería 18650. Se utiliza ampliamente en productos digitales, vehículos eléctricos, vehículos de equilibrio, farolas solares con batería de litio, luces LED, herramientas eléctricas, etc.

⑥ Batería 26650:
La batería 26650 es una batería de litio con un diámetro de 26 mm y una altura de 65 mm. Tiene un voltaje nominal de 3,2 V y una capacidad nominal de 3200 mAh. Este tipo de batería tiene una excelente capacidad y alta consistencia, y ha ido convirtiéndose gradualmente en el reemplazo de las baterías 18650. Muchos productos en el campo de las baterías de potencia también tenderán progresivamente hacia este tipo.

⑦ Batería 32650
La batería 32650 es una batería de litio con un diámetro de 32 mm y una altura de 65 mm. Este tipo de batería tiene una fuerte capacidad de descarga continua, por lo que es más adecuada para juguetes eléctricos, alimentación de respaldo, baterías de UPS, sistemas de generación de energía eólica y sistemas híbridos de generación de energía eólico-solar.

III. Desarrollo del mercado de baterías de litio cilíndricas

Los avances en la tecnología de baterías cilíndricas de iones de litio provienen principalmente de la investigación innovadora y la aplicación de materiales clave para baterías. El desarrollo de nuevos materiales mejora aún más el rendimiento de la batería, aumenta la calidad, reduce los costos y mejora la seguridad. Para satisfacer las demandas de aplicaciones descendentes de una mayor energía específica de la batería, esto se logra mediante el uso de materiales con alta capacidad específica y aumentando el voltaje de carga mediante la adopción de materiales de alto voltaje.

Las baterías cilíndricas de iones de litio han evolucionado desde la 14500 hasta la batería Tesla 21700. A corto y medio plazo, mientras se optimizan las tecnologías existentes de baterías de iones de litio para satisfacer las necesidades del desarrollo a gran escala de vehículos de nueva energía, el enfoque está en desarrollar nuevas baterías de iones de litio para automoción, mejorar su seguridad, consistencia y duración, y al mismo tiempo llevar a cabo investigaciones y desarrollos prospectivos de nuevos sistemas de baterías eléctricas.

Para el desarrollo a medio y largo plazo de las baterías cilíndricas de iones de litio, mientras se continúe optimizando y mejorando las nuevas baterías de iones de litio para automoción, se centrará el esfuerzo en desarrollar nuevos sistemas de baterías eléctricas para mejorar significativamente la densidad energética específica, reducir considerablemente los costos y lograr la aplicación práctica y la implementación a gran escala de estos nuevos sistemas de baterías eléctricas.