बेलनाकार लिथियम-आयन बैटरियों का संपूर्ण मार्गदर्शिका: प्रकार, प्रदर्शन और अनुप्रयोग

बेलनाकार लिथियम बैटरियों को लिथियम आयरन फॉस्फेट, लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड, कोबाल्ट-मैंगनीज संकर और त्रि-संयोजक सामग्री जैसी विभिन्न प्रणालियों में विभाजित किया जाता है। आवरण को स्टील केसिंग और पॉलिमर केसिंग में विभाजित किया जाता है। विभिन्न सामग्री प्रणालियों के अलग-अलग लाभ होते हैं।

बेलनाकार लिथियम बैटरी के मॉडल की पूर्ण सूची

सेल मॉडल	नाममात्र वोल्टेज	क्षमता (mAh)	चार्जिंग तापमान (°C)	डिस्चार्ज तापमान (°C)	चार्जिंग धारा (A)	छोड़ने वाली धारा (A)
ICR18650 (टर्नरी)	3.7 v	2200	0~45	-40~+60	2.2A (कमरे के तापमान पर 1C)	10A (सामान्य तापमान पर 5C)
ICR18650 (टर्नरी)	3.7 v	2500	0~45	-40~+60	2.5A (कमरे का तापमान 1C)	25A (कमरे का तापमान 10°C)
ICR18650 (टर्नरी)	3.7 v	3000	0~45	-40~+60	3.0A (सामान्य तापमान 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (टर्नरी)	3.7 v	4000	0~45	-40~+60	4.0A (सामान्य तापमान 1C)	40A (सामान्य तापमान 10C)
NCR18650B (टर्नरी)	3.6 वी	3350	0~45	-20~60	1.625A	4.875A
INR18650-30Q (टर्नरी)	3.6 वी	3000	0~45	-20~75	0.5C	15A
IFR26650 (लिथियम आयरन फॉस्फेट)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3.2A (कमरे के तापमान पर 1C)	10A (कमरे के तापमान पर 3C)
IFR32700 (लिथियम आयरन फॉस्फेट)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5.0A (सामान्य तापमान पर 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

मैं। बेलनाकार लिथियम बैटरी क्या है?

1. बेलनाकार बैटरी की परिभाषा

बेलनाकार लिथियम बैटरियों को लिथियम आयरन फॉस्फेट, लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड, कोबाल्ट-मैंगनीज संकर, और त्रि-आधारित सामग्री सहित विभिन्न प्रणालियों में वर्गीकृत किया जाता है। इनके आवरण स्टील और पॉलिमर प्रकार के होते हैं, जिनमें प्रत्येक के अपने लाभ होते हैं। वर्तमान में, स्टील के आवरण वाली बेलनाकार लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियाँ सबसे अधिक प्रचलित हैं। इन बैटरियों में उच्च क्षमता, उच्च आउटपुट वोल्टेज, अच्छा चार्ज-डिस्चार्ज चक्र प्रदर्शन, स्थिर आउटपुट वोल्टेज, उच्च धारा डिस्चार्ज क्षमता, स्थिर इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन, सुरक्षा, विस्तृत संचालन तापमान सीमा और पर्यावरण के अनुकूलता जैसे लाभ हैं। इनका उपयोग सौर रोशनी, लॉन लाइटिंग, बैकअप पावर, पावर टूल्स और खिलौना मॉडल में व्यापक रूप से किया जाता है।

2. बेलनाकार बैटरी की संरचना

एक विशिष्ट बेलनाकार बैटरी संरचना में शामिल हैं: कैसिंग, कैप, धनात्मक इलेक्ट्रोड, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड, पृथक्करण परत, इलेक्ट्रोलाइट, PTC घटक, गैस्केट, सुरक्षा वाल्व आदि। आमतौर पर, बैटरी कैसिंग ऋणात्मक इलेक्ट्रोड होती है, और कैप धनात्मक इलेक्ट्रोड होता है। बैटरी कैसिंग निकल-लेपित इस्पात से बनी होती है।

3. बेलनाकार लिथियम बैटरी के लाभ

थैली और बहुभुजाकार लिथियम बैटरी की तुलना में, बेलनाकार लिथियम बैटरी का विकास इतिहास सबसे लंबा रहा है, मानकीकरण की उच्च डिग्री, अधिक परिपक्व प्रौद्योगिकी, उच्च उत्पादन दर और कम लागत है।

परिपक्व उत्पादन प्रक्रिया, कम PACK लागत, उच्च बैटरी उत्पाद उपज और अच्छा ऊष्मा अपव्यय प्रदर्शन।

बेलनाकार बैटरी ने अंतरराष्ट्रीय स्तर पर एकीकृत मानक विनिर्देश और मॉडल की एक श्रृंखला स्थापित कर ली है, जिसमें परिपक्व प्रौद्योगिकी है जो बड़े पैमाने पर निरंतर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। बेलनाकार आकृति का विशिष्ट सतह क्षेत्रफल बड़ा होता है, जिसके कारण ऊष्मा अपव्यय अच्छा होता है।

बेलनाकार बैटरियां आमतौर पर सीलबंद बैटरियां होती हैं, और उपयोग के दौरान इनके रखरखाव का कोई मुद्दा नहीं होता।

बैटरी के आवरण में उच्च दबाव प्रतिरोधकता होती है और उपयोग के दौरान इसमें वर्गाकार या सॉफ्ट-पैक बैटरियों में देखी जाने वाली सूजन जैसी परिघटनाएं नहीं दिखाई देतीं।

4. बेलनाकार बैटरी कैथोड सामग्री

वर्तमान में, मुख्यधारा व्यावसायिक बेलनाकार बैटरी कैथोड सामग्री में मुख्य रूप से लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO2), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn2O4), त्रि-संयोजक लिथियम (NMC) और लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) शामिल हैं। विभिन्न सामग्री प्रणालियों की विभिन्न विशेषताएं होती हैं, नीचे तुलना के रूप में दर्शाई गई हैं:

परियोजना	लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO₂)	त्रि-संयोजक लिथियम (LiNiCoMnO₂)	लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn₂O₄)	लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO₄)
टैप घनत्व (g⁄cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
विशिष्ट सतह क्षेत्र (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
धारिता (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
वोल्टेज प्लेटो (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
चक्रीय प्रदर्शन	≥500 बार	≥500 बार	≥300 बार	≥2000 बार
cru ड मट यर ल सट	उच्च (कोबाल्ट सामग्री)	उच्च (निकल और कोबाल्ट युक्त)	कम	कम
पर्यावरण संरक्षण	कोबाल्ट युक्त (कम पर्यावरण अनुकूलता)	निकल और कोबाल्ट युक्त (चीन पर्यावरण संरक्षण)	गैर-विषाक्त	गैर-विषाक्त
सुरक्षा क्षमता	गरीब	बेहतर	अच्छा	उत्कृष्ट
अनुप्रयोग क्षेत्र	छोटी बैटरियाँ	छोटी शक्ति बैटरी	पावर बैटरियाँ, कम लागत वाली बैटरियाँ	पावर बैटरियाँ/अति-बड़ी क्षमता वाले पावर सप्लाई
लाभ	छोटी और मध्यम आकार की बैटरियों का प्रदर्शन स्थिर होता है	स्थिर इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन	मैंगनीज संसाधन प्रचुर मात्रा में और कम लागत वाले होते हैं	उच्च सुरक्षा और लंबे जीवनकाल
कमी	कोबाल्ट की उच्च कीमत और कम चक्र जीवन	कोबाल्ट और निकेल महंगे होते हैं	कम ऊर्जा घनत्व	कम तापमान प्रदर्शन खराब

5. सिलेंड्रिकल बैटरियों के लिए एनोड सामग्री

बेलनाकार बैटरी एनोड सामग्री को मोटे तौर पर छह प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: कार्बन एनोड सामग्री, मिश्र धातु एनोड सामग्री, टिन-आधारित एनोड सामग्री, लिथियम युक्त संक्रमण धातु नाइट्राइड एनोड सामग्री, नैनो स्तर की सामग्री और नैनो एनोड सामग्री।

कार्बन नैनो स्तर की एनोड सामग्री: वर्तमान में, लिथियम-आयन बैटरी में वास्तव में उपयोग की जाने वाली एनोड सामग्री मूल रूप से कार्बन सामग्री होती हैं, जैसे कि कृत्रिम ग्रेफाइट, प्राकृतिक ग्रेफाइट, मेसोफेज कार्बन सूक्ष्म गोले, पेट्रोलियम कोक, कार्बन फाइबर, पाइरोलिटिक राल कार्बन, आदि।

मिश्र धातु-आधारित एनोड सामग्री में टिन-आधारित मिश्र धातुएँ, सिलिकॉन-आधारित मिश्र धातुएँ, जर्मेनियम-आधारित मिश्र धातुएँ, एल्युमीनियम-आधारित मिश्र धातुएँ, एंटीमनी-आधारित मिश्र धातुएँ, मैग्नीशियम-आधारित मिश्र धातुएँ और अन्य मिश्र धातुएँ शामिल हैं। वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कोई उत्पाद नहीं हैं।

टिन-आधारित एनोड सामग्री: टिन-आधारित एनोड सामग्री को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: टिन ऑक्साइड और टिन-आधारित सम्मिश्र ऑक्साइड। ऑक्साइड से तात्पर्य विभिन्न संयोजकता अवस्थाओं में धात्विक टिन के ऑक्साइड से है। वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कोई उत्पाद नहीं हैं।

वर्तमान में कोई भी लिथियम संक्रमण धातु नाइट्राइड एनोड सामग्री व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं।

नैनोस्केल सामग्री: कार्बन नैनोट्यूब, नैनोमिश्र धातु सामग्री।

नैनो-एनोड सामग्री: नैनो-ऑक्साइड सामग्री

 

II. बेलनाकार लिथियम बैटरी सेल

1. बेलनाकार लिथियम-आयन सेल ब्रांड

बेलनाकार लिथियम बैटरी जापान और दक्षिण कोरिया की लिथियम बैटरी कंपनियों के बीच लोकप्रिय हैं, और चीन में भी बेलनाकार लिथियम बैटरी बनाने वाली काफी संख्या में कंपनियां हैं। सबसे पहली बेलनाकार लिथियम बैटरी का आविष्कार जापान की सोनी कॉर्पोरेशन द्वारा 1992 में किया गया था।

प्रसिद्ध बेलनाकार लिथियम-आयन बैटरी सेल ब्रांडों में शामिल हैं: सोनी, पैनासोनिक, सैन्यो, सैमसंग, एलजी, वानशियांग A123, BAK, और लिशेन।

 

2. बेलनाकार लिथियम-आयन सेल के प्रकार

बेलनाकार लिथियम-आयन सेल आमतौर पर पांच अंकों द्वारा दर्शाए जाते हैं। बाएं ओर से गिनते हुए, पहले दो अंक बैटरी के व्यास को दर्शाते हैं, तीसरा और चौथा अंक बैटरी की ऊंचाई को दर्शाते हैं, और पांचवां अंक इंगित करता है कि सेल गोलाकार है। बेलनाकार लिथियम बैटरी के कई मॉडल हैं, जिनमें आमतौर पर 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650, और 32650 शामिल हैं।

① 10440 बैटरी:
10440 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 10 मिमी और ऊंचाई 44 मिमी होती है, जो आकार में उस बैटरी के समान होती है जिसे हम आमतौर पर "साइज 7 बैटरी" कहते हैं। इस प्रकार की बैटरी में आमतौर पर बहुत कम क्षमता होती है, केवल कुछ सैकड़ों mAh, और इसका उपयोग मुख्य रूप से लघु इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में किया जाता है, जैसे फ्लैशलाइट, मिनी स्पीकर और मेगाफोन।

② 14500 बैटरी:
14500 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 14 मिमी और ऊंचाई 50 मिमी होती है। इस प्रकार की बैटरी आमतौर पर 3.7V या 3.2V की होती है, जिसकी नाममात्र क्षमता अपेक्षाकृत कम होती है, लेकिन 10440 बैटरी से थोड़ी अधिक होती है, आमतौर पर 1600mAh। इसका उत्कृष्ट डिस्चार्ज प्रदर्शन होता है और इसका उपयोग मुख्य रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है, जैसे वायरलेस स्पीकर, इलेक्ट्रिक खिलौने और डिजिटल कैमरे।

③ 16340 बैटरी।
16340 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 16 मिमी और ऊंचाई 34 मिमी होती है। अपेक्षाकृत कम ऊंचाई और अपेक्षाकृत अधिक क्षमता के कारण, इस प्रकार की बैटरी अक्सर उच्च-शक्ति वाली टॉर्च, LED टॉर्च, हेडलैंप, लेजर लाइट और अन्य प्रकाश उपकरणों में पाई जाती है।

④ 18650 बैटरी:
18650 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 18 मिमी और ऊंचाई 65 मिमी होती है। इसकी सबसे बड़ी विशेषता इसकी बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व है, जो लगभग 170 वाट-घंटा/किग्रा है। इसलिए, यह बैटरी लागत प्रभावी बैटरी है। दैनिक जीवन में हम जिन बैटरियों को देखते हैं, उनमें से अधिकांश इसी प्रकार की होती हैं क्योंकि यह सभी पहलुओं में अच्छी प्रणाली गुणवत्ता और स्थिरता वाली एक अपेक्षाकृत परिपक्व लिथियम बैटरी है। यह मोबाइल फोन, लैपटॉप और अन्य छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे लगभग 10 किलोवाट-घंटा की बैटरी क्षमता वाले अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

⑤ 21700 बैटरी:
21700 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 21 मिमी और ऊंचाई 70 मिमी है। इसके बढ़े हुए आकार के कारण, स्थान के उपयोग की दर में सुधार होता है, और व्यक्तिगत सेल और प्रणाली की ऊर्जा घनत्व में वृद्धि की जा सकती है। इसकी आयतनिक ऊर्जा घनत्व 18650 बैटरी की तुलना में बहुत अधिक है। इसका उपयोग डिजिटल उत्पादों, इलेक्ट्रिक वाहनों, संतुलन वाहनों, सौर ऊर्जा से चलने वाली लिथियम बैटरी स्ट्रीट लाइट्स, एलईडी लाइट्स, पावर टूल्स आदि में व्यापक रूप से किया जाता है।

⑥ 26650 बैटरी:
26650 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 26 मिमी और ऊंचाई 65 मिमी है। इसका नाममात्र वोल्टेज 3.2V और नाममात्र क्षमता 3200mAh है। इस प्रकार की बैटरी में उत्कृष्ट क्षमता और उच्च स्थिरता होती है, और यह धीरे-धीरे 18650 बैटरी के स्थान पर आ रही है। शक्ति बैटरी के क्षेत्र में कई उत्पाद भी धीरे-धीरे इस प्रकार की ओर झुक रहे हैं।

⑦ 32650 बैटरी
32650 बैटरी एक लिथियम बैटरी है जिसका व्यास 32 मिमी और ऊंचाई 65 मिमी होती है। इस प्रकार की बैटरी में लगातार निर्वहन करने की मजबूत क्षमता होती है, इसलिए यह इलेक्ट्रिक खिलौनों, बैकअप पावर, यूपीएस बैटरी, पवन ऊर्जा उत्पादन प्रणालियों और वायु-सौर संकर ऊर्जा उत्पादन प्रणालियों के लिए अधिक उपयुक्त है।

बेलनाकार लिथियम बैटरी बाजार का विकास

बेलनाकार लिथियम-आयन बैटरी तकनीक में प्रगति मुख्य रूप से प्रमुख बैटरी सामग्री के नवाचारपूर्ण शोध और आवेदन से उत्पन्न होती है। नई सामग्री का विकास बैटरी के प्रदर्शन में सुधार करता है, गुणवत्ता बढ़ाता है, लागत कम करता है और सुरक्षा में सुधार करता है। उच्च विशिष्ट ऊर्जा की बैटरी के लिए डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगों की मांग को पूरा करने के लिए, उच्च विशिष्ट क्षमता वाली सामग्री के उपयोग और उच्च वोल्टेज सामग्री को अपनाकर चार्जिंग वोल्टेज बढ़ाकर इसे प्राप्त किया जाता है।

बेलनाकार लिथियम-आयन बैटरियों का विकास 14500 से टेस्ला 21700 बैटरी तक हुआ है। निकट और मध्यम अवधि में, मौजूदा लिथियम-आयन पॉवर बैटरी प्रौद्योगिकियों को नए ऊर्जा वाहनों के बड़े पैमाने पर विकास की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अनुकूलित करते हुए, नई लिथियम-आयन पॉवर बैटरी के विकास पर ध्यान केंद्रित किया जा रहा है, उनकी सुरक्षा, सुसंगतता और आयु को बेहतर बनाया जा रहा है, और इसी समय नई पॉवर बैटरी प्रणालियों के भावी शोध एवं विकास का कार्य भी साथ-साथ किया जा रहा है।

बेलनाकार लिथियम-आयन बैटरियों के मध्यम और दीर्घकालिक विकास के लिए, नई लिथियम-आयन पॉवर बैटरी के निरंतर अनुकूलन और सुधार के साथ-साथ, विशिष्ट ऊर्जा में महत्वपूर्ण सुधार, लागत में भारी कमी और नई पॉवर बैटरी प्रणालियों के व्यावहारिक एवं बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को साकार करने के लिए नई पॉवर बैटरी प्रणालियों के विकास पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा।