Ympärillä olevien litiumioniakkujen koko opas: tyypit, suorituskyky ja käyttökohteet

Sylinterimäiset litiumakut jaetaan eri järjestelmiin, kuten litiumrauta-fosfaattiin, litiumkobolttidioksidia, litiummangaanidioksidia, koboltti-mangaaniseosta ja ternäärisiä materiaaleja. Kotelointi jaetaan teräskoteloituksi ja polymeerikoteloinniksi. Erilaisilla materiaalijärjestelmillä on erilaisia etuja.

Täydellinen luettelo sylinterimäisistä litiumakkumalleista

Solun malli	nimellisjännite	Kapasiteetti (mAh)	Latauslämpötila (°C)	Purkulämpötila (°C)	Latausvirta (A)	Purkuvirta (A)
ICR18650 (kolmipaikka)	3.7v	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (huonelämpötilassa 1C)	10 A (normaalilämpötilassa 5C)
ICR18650 (kolmipaikka)	3.7v	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (huonelämpötilassa 1C)	25 A (huonelämpötila 10 °C)
ICR18650 (kolmipaikka)	3.7v	3000	0~45	-40~+60	3,0 A (normaali lämpötila 1 C)	15 A (5 °C)
ICR21700 (Ternäärinen)	3.7v	4000	0~45	-40~+60	4,0 A (normaali lämpötila 1 C)	40 A (normaali lämpötila 10 C)
NCR18650B (Ternäärinen)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625 A	4,875 A
INR18650-30Q (Ternäärinen)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5c	15 a
IFR26650 (litiumrautafosfaatti)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (huonelämpötila 1C)	10 A (huonelämpötila 3C)
IFR32700 (litiumrautafosfaatti)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normaali lämpötila 1C)	25 A (5 °C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Mikä on lieriömäinen litiumakku?

1. Lieriöakun määritelmä

Sylinterimäisiä litiumakkuja luokitellaan eri järjestelmiin, mukaan lukien litiumrauta-fosfaatti, litiumkobolttidioksidi, litiummangaanidioksidi, koboltti-mangaaniseos sekä kolminaiset materiaalit. Kotelot ovat saatavana teräs- ja polymeerityypeissä, joilla kummallakin on omat edut. Tällä hetkellä yleisimmät ovat sylinterimäiset litiumrauta-fosfaattiakut teräskoteloissa. Nämä akut tarjoavat etuja, kuten suuren kapasiteetin, korkean lähtöjännitteen, hyvän lataus-purkauskierron suorituskyvyn, vakion lähtöjännitteen, suuren virran purkukyvyn, vakaan elektrokemiallisen suorituskyvyn, turvallisuuden, laajan käyttölämpötila-alueen ja ympäristöystävällisyyden. Niitä käytetään laajalti aurinkovalaistuksessa, nurmikon valaistuksessa, varavoimassa, sähkötyökaluissa ja lelumalleissa.

2. Sylinterimäisen akun rakenne

Tyypillinen sylinterimäinen akun rakenne sisältää: kotelon, kantisen, positiivisen elektrodin, negatiivisen elektrodin, eristeen, elektrolyytin, PTC-elementin, tiivisteen, turvaventtiilin jne. Yleensä akun kotelo toimii negatiivisena elektrodina ja kantinen positiivisena elektrodina. Akun koteloa valmistetaan nikkeloidusta teräksestä.

3. Sylinterimäisten litiumakkujen edut

Pussi- ja prismakauppien litiumakkuihin verrattuna sylinterimäisillä litiumakkujen on pisin kehityshistoria, korkeampi standardointiaste, kypsämpi teknologia, korkeampi tuottoprosentti ja alhaisemmat kustannukset.

Kypsä valmistusprosessi, alhaiset PACK-kustannukset, korkea akkutuotteen tuottoprosentti ja hyvä lämmönhajotussuoritus.

Sylinterimäiset akut ovat saaneet aikaan kansainvälisesti yhtenäiset standardispecifikaatiot ja mallit, ja niiden teknologia on kypsä massatuotantoon soveltuvaa. Sylinterimäinen muoto mahdollistaa suuren ominaispinta-alan, mikä takaa hyvän lämmönhajotuksen.

Sylinterimaiset akut ovat yleensä tiiviisti suljettuja, eikä niiden käytössä ole huoltokysymyksiä.

Akun kotelon paineenvastuskyky on korkea, eikä siinä ilmene ilmiöitä, kuten pullistumista, jotka voivat esiintyä neliön muotoisissa tai pehmeäkoteloisissa akuissa käytön aikana.

4. Sylinterimaisen akun katodimateriaali

Tällä hetkellä yleisimmät kaupallisesti käytössä olevat sylinterimaiset akut käyttävät pääasiassa litiumkobolttidioksidia (LiCoO₂), litiummangaanidioksidia (LiMn₂O₄), kolminkertaista litiumia (NMC) ja litiumrauta-fosfaattia (LiFePO₄). Erilaisilla materiaalijärjestelmillä on erilaisia ominaisuuksia, jotka on vertailtu alla:

projekti	Litiumkobolttidoksidi (LiCoO₂)	Kolminkertainen litium (LiNiCoMnO₂)	Litiummangaanidoksidi (LiMn₂O₄)	Lithium Rauta Fosfaatti (LiFePO₄)
Painotettu tiheys (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Tietty pinta-ala (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Kapasiteetti (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Jännitetaso (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Syklinen suorituskyky	≥500 kertaa	≥500 kertaa	≥300 kertaa	≥2000 kertaa
Ainekustannukset	Korkea (koboltin sisältö)	Korkea (sisältää nikkeliä ja kobolttia)	alhainen	alhainen
Ympäristönsuojelu	Sisältää kobolttia (alhainen ympäristöystävällisyys)	Sisältää nikkeliä ja kobolttia (Kiinan ympäristönsuojelu)	Myrkytön	Myrkytön
Turvallisuussuorituskyky	Köyhä	parempi	hyvä	erinomainen
Käyttöalueet	Pienet akut	Pieni tehobatteri	Tehoakut, halvat akut	Tehoakut/erittäin suuritehoiset virtalähteet
etuoikeus	Pienillä ja keskisuurilla akuilla on vakaa suorituskyky	Stabiili elektrokemiallinen suorituskyky	Mangaanivarat ovat runsaat ja niiden hinta on alhainen	Korkea turvallisuus ja pitkä käyttöikä
puutteet	Koboltti on kallis ja kierrosmäärä alhainen	Koboltti ja nikkeli ovat kalliita	Alhainen energiatiheys	Heikko alhaisessa lämpötilassa toimiva suorituskyky

5. Anodimateriaali sylinterimäisille akkuille

Sylinterimäisten akkujen anodimateriaalit voidaan karkeasti jakaa kuuteen tyyppiin: hiilipohjaiset anodimateriaalit, seosmateriaalit, tinapohjaiset anodimateriaalit, litiumia sisältävät siirtymismetallinitridianodimateriaalit, nanomittakaavan materiaalit ja nano-anodimateriaalit.

Hiilen nanomittakaavan anodimateriaalit: Tällä hetkellä kaupallisissa litiumioniakkujen anodeissa käytettävät materiaalit ovat pääasiassa hiilipohjaisia, kuten keinotekoinen grafiitti, luonnon grafiitti, mesofaasinen hiilimikropallo, öljynkesto, hiilikuitu, pyrolyysihartsista valmistettu hiili jne.

Seppäpohjaisiin anodimateriaaleihin kuuluvat tina-pohjaiset seokset, pii-pohjaiset seokset, germanium-pohjaiset seokset, alumiini-pohjaiset seokset, antimonipohjaiset seokset, magnesium-pohjaiset seokset ja muut seokset. Tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla ei ole tuotteita.

Tina-pohjaiset anodimateriaalit: Tina-pohjaiset anodimateriaalit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: tinaoksideihin ja tina-pohjaisiin komposiittioxideihin. Oksidit viittaavat metallisen tinan oksideihin eri hapetusasteissa. Tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla ei ole tuotteita.

Tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla ei ole litiumsiirtymämetallinitridianodimateriaaleja.

Nanomateriaalit: hiilinanoputket, nano-seoksemateriaalit.

Nano-anodimateriaalit: Nano-oksidiaineet

 

II. Sylinterimäiset litiumakkusolut

1. Sylinterimäisten litiumioniakkujen merkkien

Sylinterimäiset litiumakut ovat suosittuja Japanin ja Etelä-Korean akkuyritysten keskuudessa, ja myös Kiinassa on useita yrityksiä, jotka tuottavat sylinterimäisiä litiumakkujen. Aivan ensimmäisen sylinterimäisen litiumakun kehitti Japanin Sony Corporation vuonna 1992.

Tunnettuja sylinterimäisten litiumionikennon merkkejä ovat: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK ja Lishen.

 

2. Sylinterimäisten litiumionikenkkiä

Sylinterimäisiä litiumionikenkkiä kuvataan yleensä viidellä numerolla. Vasemmalta lukien kaksi ensimmäistä numeroa tarkoittavat akun halkaisijaa, kolmas ja neljäs numero akun korkeutta, ja viides numero ilmaisee, että kenno on pyöreä. Sylinterimäisiä litiumakkujen malleja on monia, yleisiä ovat esimerkiksi 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 ja 32650.

① 10440-akku:
10440-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 10 mm ja korkeus 44 mm, eli samankokoinen kuin yleisesti kutsuttu "koko 7 -akku". Tämäntyyppinen akku on yleensä hyvin pientaistevuudeltaan, vain muutama sata mAh, ja sitä käytetään pääasiassa minielektronisissa laitteissa, kuten taskulampuissa, minikaiuttimissa ja kovaäänisissä.

② 14500-akku:
14500-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 14 mm ja korkeus 50 mm. Tämäntyyppinen akku on yleensä 3,7 V tai 3,2 V, ja sen nimelliskapasiteetti on suhteellisen pieni, hieman suurempi kuin 10440-akun, yleensä 1600 mAh. Se tarjoaa erinomaisen puristussuorituskyvyn ja sitä käytetään pääasiassa kuluttajaelektroniikassa, kuten langattomissa kaiuttimissa, sähköisissä leluissa ja digikameroissa.

③ 16340-akku.
16340-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 16 mm ja korkeus 34 mm. Lyhyemmän korkeuden ja suhteellisen suuren kapasiteetin vuoksi tätä akkutyyppiä käytetään usein tehokkaissa taskulampuissa, LED-taskulampuissa, päävalaisimissa, laserlamppuissa ja muissa valaisimissa.

④ 18650-akku:
18650-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 18 mm ja korkeus 65 mm. Sen suurin ominaisuus on erittäin korkea energiatiheys, joka on lähes 170 Wh/kg. Siksi tätä akkutyyppiä pidetään kustannustehokkaana. Useimmat arjessamme nähtävät akut ovat tätä tyyppiä, koska se on suhteellisen kypsä litiumakku, jolla on hyvä järjestelmänlaatu ja vakaus kaikilla osa-alueilla. Sitä käytetään laajalti noin 10 kWh:n kapasiteettisovelluksissa, kuten matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja muissa pienissä elektronisissa laitteissa.

⑤ 21700-akku:
21700 akku on litiumakku, jonka halkaisija on 21 mm ja korkeus 70 mm. Sen suuremman koon ansiosta tilan käyttöaste paranee, ja yksittäisten solujen sekä järjestelmän energiatiheys voidaan kasvattaa. Sen tilavuusenergiatiheys on paljon korkeampi kuin 18650-akun. Sitä käytetään laajalti digitaalisissa tuotteissa, sähköajoneuvoissa, tasapainovaunuissa, aurinkoenergiaa käyttävissä litiumakkuvalaisimissa, LED-valaisimissa, sähkötyökaluissa jne.

⑥ 26650 Akku:
26650-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 26 mm ja korkeus 65 mm. Sen nimellisjännite on 3,2 V ja nimelliskapasiteetti 3200 mAh. Tällä tyyppisellä akulla on erinomainen kapasiteetti ja korkea yhdenmukaisuus, ja se on ajan myötä korvannut 18650-akut. Myös tehonvarastojen alalla monet tuotteet suosivat tätä tyyppiä yhä enemmän.

⑦ 32650 Akku
32650-akku on litiumakku, jonka halkaisija on 32 mm ja korkeus 65 mm. Tällä tyyppisellä akulla on vahva jatkuva purkamiskyky, joten se soveltuu paremmin sähköiseen leluun, varavoimaan, UPS-akkuihin, tuulivoimajärjestelmiin ja tuuli-aurinko-hybridijärjestelmiin.

III. Sylinterimäisen litiumakun markkinoiden kehitys

Sylinterimäisten litiumionikkujen teknologian edistysaskelten taustalla ovat avainmateriaalien innovatiivinen tutkimus ja sovellukset. Uusien materiaalien kehitys parantaa akkujen suorituskykyä, laadua, alentaa kustannuksia ja parantaa turvallisuutta. Jotta voidaan täyttää alavirtakäyttöjen vaatimukset korkeammasta akun ominaisenergiasta, tätä saavutetaan käyttämällä korkeaa ominaiskapasiteettia omaavia materiaaleja sekä lisäämällä latausjännitettä ottamalla käyttöön korkeajännitemateriaaleja.

Sylinterimäiset litiumioniakut ovat kehittyneet 14500-akusta Teslan 21700-akkuun. Lähellä ja keskipitkällä tähtäimessä, samalla kun nykyisiä litiumioniakkuteknologioita optimoidaan vastaamaan uusien energiavehkojen laajamittaisen kehityksen tarpeisiin, painopiste on uusien litiumioniakkujen kehittämisessä, niiden turvallisuuden, yhdenmukaisuuden ja käyttöiän parantamisessa sekä uusien akkujärjestelmien ennakoivassa tutkimuksessa ja kehityksessä.

Keskipitkän ja pitkän aikavälin kehityksessä sylinterimäisten litiumioniakkujen osalta, samalla kun jatkuvasti optimoidaan ja parannetaan uusia litiumioniakkujärjestelmiä, keskitytään uusien akkujärjestelmien kehittämiseen huomattavasti parantaen ominaisenergiaa, vähentäen kustannuksia merkittävästi ja toteuttaen uusien akkujärjestelmien käytännön sovellukset ja laajamittaisen käytön.