Le guide complet des batteries Li-ion cylindriques : Types, performances et applications

Les batteries au lithium cylindriques sont divisées en différents systèmes tels que le phosphate de fer et de lithium, l'oxyde de cobalt et de lithium, l'oxyde de manganèse et de lithium, les hybrides cobalt-manganèse, et les matériaux ternaires. Le boîtier est divisé en boîtier métallique et boîtier polymère. Différents systèmes de matériaux présentent des avantages variés.

Liste complète des modèles de batteries lithium cylindriques

Modèle de cellule	tension nominale	Capacité (mAh)	Température de charge (°C)	Température de décharge (°C)	Courant de charge (A)	Courant de décharge (A)
ICR18650 (Ternaire)	3.7v	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (température ambiante 1C)	10 A (température normale 5C)
ICR18650 (Ternaire)	3.7v	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (température ambiante 1C)	25A (température ambiante 10°C)
ICR18650 (Ternaire)	3.7v	3000	0~45	-40~+60	3,0A (température normale 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternaire)	3.7v	4000	0~45	-40~+60	4,0A (température normale 1C)	40A (température normale 10C)
NCR18650B (Ternaire)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternaire)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5C	15A
IFR26650 (Phosphate de fer et de lithium)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (température ambiante 1C)	10 A (température ambiante 3C)
IFR32700 (Phosphate de fer et de lithium)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (température normale 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

Je suis... Qu'est-ce qu'une batterie cylindrique au lithium ?

1. Définition de la batterie cylindrique

Les batteries cylindriques au lithium sont classées en différents systèmes, notamment le phosphate de fer et de lithium, l'oxyde de cobalt et de lithium, l'oxyde de manganèse et de lithium, les mélanges cobalt-manganèse, ainsi que les matériaux ternaires. Les boîtiers sont disponibles en acier ou en polymère, chacun présentant ses propres avantages. Actuellement, les batteries cylindriques au phosphate de fer et de lithium avec boîtier en acier sont les plus courantes. Ces batteries offrent des avantages tels qu'une grande capacité, une tension de sortie élevée, une bonne performance en cycles de charge-décharge, une tension de sortie stable, une capacité de décharge à fort courant, une performance électrochimique stable, une sécurité accrue, une plage de température de fonctionnement étendue et un caractère écologique. Elles sont largement utilisées dans l'éclairage solaire, l'éclairage de pelouse, les sources d'alimentation de secours, les outils électriques et les modèles réduits jouets.

2. Structure de la batterie cylindrique

Une structure typique de batterie cylindrique comprend : boîtier, capuchon, électrode positive, électrode négative, séparateur, électrolyte, élément PTC, joint, soupape de sécurité, etc. Généralement, le boîtier de la batterie constitue l'électrode négative, et le capuchon constitue l'électrode positive. Le boîtier de la batterie est fabriqué en acier nickelé.

3. Avantages des batteries lithium cylindriques

Par rapport aux batteries lithium polymère et prismatiques, les batteries lithium cylindriques ont l'histoire de développement la plus longue, un degré d'homologation plus élevé, une technologie plus mature, un taux de rendement supérieur et un coût inférieur.

Procédé de production mature, faible coût de conditionnement, haut rendement du produit batterie et bonnes performances de dissipation thermique.

Les batteries cylindriques ont établi une série de spécifications normalisées internationalement ainsi que de modèles standards, avec une technologie mature adaptée à une production continue de masse. La forme cylindrique offre une grande surface spécifique, ce qui assure une bonne dissipation de la chaleur.

Les batteries cylindriques sont généralement des batteries scellées et ne présentent aucun problème d'entretien pendant l'utilisation.

Le boîtier de la batterie a une grande résistance à la pression et ne présente pas de phénomènes tels que le gonflement observés sur les batteries carrées ou à emballage souple pendant l'utilisation.

4. Matériau cathodique de la batterie cylindrique

Actuellement, les matériaux cathodiques de batteries cylindriques commerciales dominantes incluent principalement l'oxyde de cobalt et de lithium (LiCoO₂), l'oxyde de manganèse et de lithium (LiMn₂O₄), le lithium ternaire (NMC) et le phosphate de fer et de lithium (LiFePO₄). Différents systèmes de matériaux présentent des caractéristiques différentes, comparées ci-dessous :

projet	Oxyde de cobalt et de lithium (LiCoO₂)	Lithium ternaire (LiNiCoMnO₂)	Oxyde de manganèse et de lithium (LiMn₂O₄)	Phosphate de fer au lithium (LiFePO₄)
Densité tapée (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Surface spécifique (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capacité (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Palier de tension (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Performance cyclique	≥500 fois	≥500 fois	≥300 fois	≥2000 fois
Coûts des matières premières	Élevé (teneur en cobalt)	Élevé (contenant du nickel et du cobalt)	faible	faible
Protection de l'environnement	Contient du cobalt (faible respect de l'environnement)	Contient du nickel et du cobalt (protection de l'environnement Chine)	Non toxique	Non toxique
Performance de sécurité	Les pauvres	meilleur	bon	excellent
Domaines d'application	Petites batteries	Petite batterie de puissance	Batteries de puissance, batteries à faible coût	Batteries de puissance/alimentations électriques ultra-grande capacité
avantage	Les petites et moyennes batteries ont une performance stable	Performances électrochimiques stables	Les ressources en manganèse sont abondantes et peu coûteuses	Haute sécurité et longue durée de vie
inconvénient	Prix élevé du cobalt et faible durée de cycle	Le cobalt et le nickel sont coûteux	Faible densité énergétique	Mauvaise performance à basse température

5. Matériau d'anode pour batteries cylindriques

Les matériaux d'anode pour batteries cylindriques peuvent être divisés en six types principaux : matériaux d'anode à base de carbone, matériaux d'anode en alliage, matériaux d'anode à base d'étain, matériaux d'anode à base de nitrure de métal de transition contenant du lithium, matériaux à l'échelle nanométrique et matériaux d'anode nanostructurés.

Matériaux d'anode nanométriques à base de carbone : Actuellement, les matériaux d'anode utilisés réellement dans les batteries lithium-ion sont essentiellement des matériaux carbonés, tels que le graphite artificiel, le graphite naturel, les microsphères de carbone mésophase, le coke de pétrole, la fibre de carbone, le carbone de résine pyrolytique, etc.

Les matériaux d'anode à base d'alliages comprennent les alliages à base d'étain, les alliages à base de silicium, les alliages à base de germanium, les alliages à base d'aluminium, les alliages à base d'antimoine, les alliages à base de magnésium et d'autres alliages. Actuellement, aucun produit n'est disponible sur le marché.

Matériaux d'anode à base d'étain : les matériaux d'anode à base d'étain peuvent être divisés en deux types : les oxydes d'étain et les oxydes composites à base d'étain. Les oxydes désignent les oxydes d'étain métallique dans différents états de valence. Actuellement, aucun produit n'est disponible sur le marché.

Il n'existe actuellement aucun matériau d'anode à base de lithium et de métal de transition sous forme de nitrure disponible commercialement.

Matériaux nanométriques : nanotubes de carbone, matériaux d'alliage nanostructurés.

Matériaux d'anode nanométriques : matériaux d'oxyde nanostructurés

 

II. Cellules cylindriques de batteries au lithium

1. Marques de cellules cylindriques au lithium-ion

Les batteries cylindriques au lithium sont populaires auprès des entreprises japonaises et sud-coréennes spécialisées dans les batteries au lithium, et un nombre considérable d'entreprises chinoises produisent également des batteries cylindriques au lithium. La première batterie cylindrique au lithium a été inventée par la société Sony du Japon en 1992.

Parmi les marques célèbres de cellules de batteries lithium-ion cylindriques, on trouve : Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK et Lishen.

 

2. Types de cellules lithium-ion cylindriques

Les cellules lithium-ion cylindriques sont généralement représentées par cinq chiffres. En comptant depuis la gauche, les deux premiers chiffres indiquent le diamètre de la batterie, les troisième et quatrième chiffres indiquent la hauteur de la batterie, et le cinquième chiffre indique que la cellule est circulaire. Il existe de nombreux modèles de batteries cylindriques au lithium, dont les plus courants sont 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 et 32650.

① Batterie 10440 :
La batterie 10440 est une batterie au lithium d'un diamètre de 10 mm et d'une hauteur de 44 mm, de la même taille que ce que nous appelons couramment « pile de format 7 ». Ce type de batterie a généralement une capacité très faible, seulement quelques centaines de mAh, et est principalement utilisé dans les petits appareils électroniques, tels que les lampes de poche, les mini-haut-parleurs et les mégaphones.

② Batterie 14500 :
La batterie 14500 est une batterie au lithium d'un diamètre de 14 mm et d'une hauteur de 50 mm. Ce type de batterie est généralement de 3,7 V ou 3,2 V, avec une capacité nominale relativement faible, légèrement supérieure à celle de la batterie 10440, généralement 1600 mAh. Elle offre d'excellentes performances de décharge et est principalement utilisée dans l'électronique grand public, comme les enceintes sans fil, les jouets électriques et les appareils photo numériques.

③ Batterie 16340.
La batterie 16340 est une batterie au lithium d'un diamètre de 16 mm et d'une hauteur de 34 mm. En raison de sa faible hauteur et de sa capacité relativement élevée, ce type de batterie est fréquemment utilisé dans les lampes torches puissantes, les lampes torche LED, les lampes frontales, les lumières laser et autres appareils d'éclairage.

④ Batterie 18650 :
La batterie 18650 est une batterie au lithium d'un diamètre de 18 mm et d'une hauteur de 65 mm. Sa principale caractéristique est sa très grande densité énergétique, presque de 170 Wh/kg. Par conséquent, ce type de batterie est économique. La plupart des batteries que nous voyons dans la vie quotidienne sont de ce type, car il s'agit d'une batterie au lithium relativement mature, offrant une bonne qualité et stabilité du système dans tous les aspects. Elle est largement utilisée dans des applications nécessitant une capacité de batterie d'environ 10 kWh, comme dans les téléphones portables, les ordinateurs portables et d'autres petits appareils électroniques.

⑤ Batterie 21700 :
La batterie 21700 est une batterie au lithium d'un diamètre de 21 mm et d'une hauteur de 70 mm. Grâce à sa taille accrue, le taux d'utilisation de l'espace est amélioré, et la densité énergétique des cellules individuelles ainsi que celle du système peut être augmentée. Sa densité énergétique volumétrique est nettement supérieure à celle de la batterie 18650. Elle est largement utilisée dans les produits numériques, les véhicules électriques, les véhicules d'équilibre, les lampadaires solaires à batterie lithium, les lampes LED, les outils électriques, etc.

⑥ Batterie 26650 :
La batterie 26650 est une batterie au lithium d'un diamètre de 26 mm et d'une hauteur de 65 mm. Elle possède une tension nominale de 3,2 V et une capacité nominale de 3200 mAh. Ce type de batterie offre une excellente capacité et une grande cohérence, et devient progressivement le remplaçant des batteries 18650. De nombreux produits dans le domaine des batteries de puissance privilégieront également progressivement ce type.

⑦ Batterie 32650
La batterie 32650 est une batterie au lithium ayant un diamètre de 32 mm et une hauteur de 65 mm. Ce type de batterie possède une forte capacité de décharge continue, ce qui la rend plus adaptée aux jouets électriques, à l'alimentation de secours, aux batteries de systèmes UPS, aux systèmes de production d'énergie éolienne et aux systèmes hybrides de production d'énergie éolienne et solaire.

III. Développement du marché des batteries cylindriques au lithium

Les progrès réalisés dans la technologie des batteries cylindriques au lithium-ion découlent principalement de la recherche et de l'application innovantes de matériaux clés pour les batteries. Le développement de nouveaux matériaux améliore davantage la performance des batteries, en accroît la qualité, réduit les coûts et renforce la sécurité. Afin de répondre aux exigences des applications en aval concernant une énergie spécifique plus élevée des batteries, cela s'obtient grâce à l'utilisation de matériaux à haute capacité spécifique et à l'augmentation de la tension de charge par l'adoption de matériaux haute tension.

Les batteries cylindriques au lithium-ion ont évolué depuis la 14500 jusqu'à la batterie Tesla 21700. À court et moyen terme, tout en optimisant les technologies existantes de batteries lithium-ion pour répondre aux besoins du développement à grande échelle des véhicules électriques, l'accent est mis sur le développement de nouvelles batteries lithium-ion, l'amélioration de leur sécurité, de leur homogénéité et de leur durée de vie, ainsi que sur la recherche et le développement prospectif de nouveaux systèmes de batteries.

Pour le développement à moyen et long terme des batteries cylindriques au lithium-ion, tout en continuant à optimiser et améliorer les nouvelles batteries lithium-ion, nous concentrerons nos efforts sur le développement de nouveaux systèmes de batteries afin d'améliorer significativement l'énergie spécifique, de réduire fortement les coûts, et de permettre la mise en œuvre pratique et l'application à grande échelle de nouveaux systèmes de batteries.