A teljes útmutató a hengeres Li-ion akkumulátorokhoz: Típusok, teljesítmény és alkalmazások

A hengeres lítium-akkumulátorok különböző rendszerekre oszlanak, mint például lítium-vas-foszfát, lítium-kobalt-oxid, lítium-mangán-oxid, kobalt-mangán hibrid és háromkomponensű anyagok. A tok típusa lehet acéltok vagy polimer tok. A különböző anyagrendszerek eltérő előnyökkel rendelkeznek.

A hengeres lítium akkumulátorok teljes modelllistája

Sejtmodell	nominális feszültség	Kapacitás (mAh)	Töltési hőmérséklet (°C)	Kisütési hőmérséklet (°C)	Töltőáram (A)	Feltöltési áram (A)
ICR18650 (Ternáris)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (szobahőmérsékleten 1C)	10 A (normál hőmérsékleten 5C)
ICR18650 (Ternáris)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (szobahőmérsékleten 1C)	25A (szobahőmérséklet 10°C)
ICR18650 (Ternáris)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normál hőmérséklet 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternáris)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normál hőmérséklet 1C)	40A (normál hőmérséklet 10C)
NCR18650B (Ternáris)	3,6V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternáris)	3,6V	3000	0~45	-20~75	0.5C	15A
IFR26650 (Lítium-vas-foszfát)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (szobahőmérsékleten 1C)	10 A (szobahőmérsékleten 3C)
IFR32700 (Lítium-vas-foszfát)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normál hőmérsékleten 1C)	25 A (5°C-on)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Mi az a hengeres lítiumakku?

1. Hengeres akkumulátor definíciója

A henger alakú lítiumakku-k különböző rendszerekbe sorolhatók, beleértve a lítium-vas-foszfátot, lítium-kobalt-oxidot, lítium-mangán-oxidot, kobalt-mangán hibridet és háromkomponensű anyagokat. A tokok acélból és polimer anyagokból készülhetnek, amelyek mindegyike saját előnyökkel rendelkezik. Jelenleg a legelterjedtebbek az acéltokkal ellátott henger alakú lítium-vas-foszfát akkumulátorok. Ezek az akkuk számos előnnyel rendelkeznek, mint például nagy kapacitás, magas kimeneti feszültség, jó töltési-merítési ciklus teljesítmény, stabil kimeneti feszültség, nagy áramerősségű kisütési képesség, stabil elektrokémiai viselkedés, biztonságosság, széles működési hőmérséklet-tartomány és környezetbarát tulajdonság. Széles körben használják őket napelemes világításban, gyepvilágításban, tartalékenergia-ellátásban, villamos szerszámokban és játékmodellekben.

2. Henger alakú akkumulátor szerkezete

Egy tipikus henger alakú akkumulátor felépítése: tok, sapka, pozitív elektróda, negatív elektróda, szeparátor, elektrolit, PTC-elem, tömítés, biztonsági szelep stb. Általában az akkumulátor háza a negatív elektróda, a sapka pedig a pozitív elektróda. Az akkumulátorház nikkellel bevont acélból készül.

3. A henger alakú lítium-akkumulátorok előnyei

A tasakos és prizmatikus lítium-akkumulátorokhoz képest a henger alakú lítium-akkumulátoroknak leghosszabb a fejlődési története, magasabb a szabványosítás foka, érettebb a technológiájuk, nagyobb a kitermelési ráta és alacsonyabb a költségük.

Érett gyártási folyamat, alacsony PACK-költség, magas akkumulátor-termelési kimenetel és jó hőelvezetési teljesítmény.

A henger alakú akkumulátorok már kidolgoztak egy nemzetközileg egységesített szabványsorozatot és modellt, melyek érett technológiával rendelkeznek, alkalmasak tömeges folyamatos gyártásra. A henger alakú forma nagy fajlagos felülettel rendelkezik, így jó a hőelvezetése.

A hengeres akkumulátorok általában zárt típusú elemek, így használat közben nincs karbantartási igényük.

Az akkumulátor háza magas nyomásállóságú, így használat közben nem fordul elő olyan jelenség, mint a duzzadás, amelyet a négyzet alakú vagy lágytokos akkumulátoroknál lehet tapasztalni.

4. Hengeres akkumulátor katódanyaga

Jelenleg a kereskedelemben elérhető főbb hengeres akkumulátorok katódanyagai elsősorban a lítium-kobalt-oxid (LiCoO₂), lítium-mangán-oxid (LiMn₂O₄), háromkomponensű lítium (NMC) és lítium-vas-foszfát (LiFePO₄). A különböző anyagrendszerek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, az alábbi összehasonlítás szerint:

projekt	Lítium-kobalt-oxid (LiCoO₂)	Háromkomponensű lítium (LiNiCoMnO₂)	Lítium-mangán-oxid (LiMn₂O₄)	Lítiumvas-foszfát (LiFePO₄)
Tömörítési sűrűség (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Fajlagos felület (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Kapacitás (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Feszültségplató (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Ciklikus teljesítmény	≥500 alkalom	≥500 alkalom	≥300 alkalommal	≥2000-szor
Alapanyag-költségek	Magas (kobalttartalom)	Magas (nikkel- és kobalttartalom)	alacsony	alacsony
Környezetvédelmi intézkedések	Kobaltot tartalmaz (alacsony környezetbarát jelleg)	Nikkel- és kobaltot tartalmaz (Kínai Környezetvédelem)	Nem mérgező	Nem mérgező
Biztonsági teljesítmény	Szegények.	jobb	jó	kiváló
Alkalmazási területek	Kis akkumulátorok	Kis teljesítményű akkumulátor	Teljesítményakkumulátorok, alacsony költségű akkumulátorok	Teljesítményakkumulátorok/nagyon nagy kapacitású tápegységek
előny	A kis- és közepes méretű akkumulátorok stabil teljesítményt nyújtanak	Stabil elektrokémiai teljesítmény	A mangánforrások bőven állnak rendelkezésre és alacsony költségűek	Magas biztonság és hosszú élettartam
hátrány	Magas kobaltár és alacsony ciklusélettartam	A kobalt és a nikkel drága	Alacsony energiasűrűség	Gyenge alacsony hőmérsékleti teljesítmény

5. Anódelektroda hengeres akkumulátorokhoz

A hengeres akkumulátorok anódelektrodái hat fő típusra oszthatók: szénalapú anódelektrodák, ötvözet alapú anódelektrodák, ón-alapú anódelektrodák, lítiumot tartalmazó átmenetifém-nitrid anódelektrodák, nanoméretű anyagok és nano anódelektrodák.

Szén nanoméretű anódanyagok: Jelenleg a lítiumion-akkumulátorokban ténylegesen használt anódanyagok alapvetően szénalapú anyagok, mint például mesterséges grafit, természetes grafit, mezoszférás szénmikroszférek, kőolajkoks, szénszál, pirolitikus gyantaszén stb.

Ötvözet alapú anódanyagok: ón-alapú ötvözetek, szilícium-alapú ötvözetek, germánium-alapú ötvözetek, alumínium-alapú ötvözetek, antimon-alapú ötvözetek, magnézium-alapú ötvözetek és egyéb ötvözetek. Jelenleg nincsenek kereskedelmi forgalomban elérhető termékek.

Ón-alapú anódanyagok: Az ón-alapú anódanyagok két típusra oszthatók: ón-oxidok és ón-alapú kompozit oxidok. Az oxidok különböző vegyértékű fém ón oxidjait jelentik. Jelenleg nincsenek kereskedelmi forgalomban elérhető termékek.

Jelenleg nincsenek kereskedelmi forgalomban elérhető lítiumátmenetifém-nitrid anódanyagok.

Nanoméretű anyagok: szén nanocsövek, nanoötvözet anyagok.

Nano anódanyagok: Nano-oxid anyagok

 

II. Hengeres lítiumakku cellák

1. Hengeres lítium-ion akkumulátor márkák

A hengeres lítium akkumulátorok népszerűek Japán és Dél-Korea lítiumakkumulátor-gyártó vállalatai körében, Kínában is jelentős számú cég foglalkozik hengeres lítium akkumulátorok gyártásával. A világ első hengeres lítium akkumulátorát a japán Sony Corporation fejlesztette ki 1992-ben.

Kiváló hengeres lítium-ion akkumulátormárkák: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK és Lishen.

 

2. Hengeres lítium-ion akkumulátorok típusai

A hengeres lítium-ion akkumulátorokat általában öt számjegy jelöli. Balról számolva az első két számjegy az akkumulátor átmérőjét, a harmadik és negyedik számjegy a magasságát, az ötödik számjegy pedig azt jelzi, hogy az elem kerek keresztmetszetű. Számos modell létezik hengeres lítium akkumulátorokból, köztük gyakoriak a 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 és 32650 típusok.

① 10440 akkumulátor:
A 10440-es akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 10 mm, magassága pedig 44 mm, ugyanakkora, mint amit általában „7-es méretű elemként” ismerünk. Ennek az akkutípusnak általában nagyon kicsi a kapacitása, csupán néhány száz mAh, és elsősorban kis méretű elektronikai termékekben használják, például zseblámpákban, mini hangszórókban és megafonokban.

② 14500-as akkumulátor:
A 14500-as akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 14 mm, magassága 50 mm. Ennek az akkunak általában 3,7 V vagy 3,2 V a feszültsége, viszonylag kicsi a névleges kapacitása, de kissé nagyobb, mint a 10440-es akkunak, általában 1600 mAh. Kiváló kisütési teljesítménnyel rendelkezik, és főként fogyasztási cikkekben használják, például vezeték nélküli hangszórókban, elektromos játékokban és digitális fényképezőgépekben.

③ 16340-es akkumulátor.
A 16340-es akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 16 mm, magassága pedig 34 mm. Rövidebb magassága és viszonylag nagy kapacitása miatt ezt a típust gyakran használják nagy teljesítményű zseblámpákban, LED zseblámpákban, fejlámpákban, lézerfényekben és egyéb világítóeszközökben.

④ 18650-es akkumulátor:
A 18650-es akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 18 mm, magassága pedig 65 mm. Legnagyobb jellemzője az igen magas energia-sűrűség, ami majdnem 170 Wh/kg. Ezért ezt az akkut költséghatékony megoldásnak tekintik. A mindennapi életben látott akkumulátorok többsége ilyen típusú, mivel ez egy viszonylag érett technológia, amely jó rendszerminőséggel és stabilitással rendelkezik minden tekintetben. Körülbelül 10 kWh-os kapacitású alkalmazásokban széles körben használják, például mobiltelefonokban, hordozható számítógépekben és más kisebb elektronikai eszközökben.

⑤ 21700-as akkumulátor:
A 21700-as akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 21 mm, magassága pedig 70 mm. Nagyobb mérete miatt javult a helykihasználás, növelhető az egyes cellák és az egész rendszer energiasűrűsége. Térfogati energiasűrűsége lényegesen magasabb, mint a 18650-es akkumulátoré. Széles körben használják digitális termékekben, elektromos járművekben, egyensúlyozó járművekben, napelemes lítiumakkus utcai lámpákban, LED-lámpákban, illetve villamos szerszámokban.

⑥ 26650 Akkumulátor:
A 26650-es akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 26 mm, magassága 65 mm. Névleges feszültsége 3,2 V, névleges kapacitása 3200 mAh. Ennek az akkutípusnak kitűnő a kapacitása és magas a konzisztenciája, ezért fokozatosan váltja fel a 18650-es akkukat. A teljesítmény-akkumulátorok területén is egyre inkább ezt a típust részesítik előnyben.

⑦ 32650 Akkumulátor
A 32650 akkumulátor egy olyan lítiumakku, amelynek átmérője 32 mm, magassága pedig 65 mm. Ennek az akkutípusnak erős a folyamatos kisütési képessége, így különösen alkalmas elektromos játékokhoz, tartalékenergia-forrásokhoz, UPS-akkumulátorokhoz, szélerőművekhez és szél-nap hibrid energiatermelő rendszerekhez.

III. A hengeres lítiumion-akkumulátor piac fejlődése

A hengeres lítiumion-akkumulátorok technológiájának fejlődése elsősorban a kulcsfontosságú akkumulátormanyagok innovatív kutatásán és alkalmazásán alapszik. Az új anyagok fejlesztése tovább javítja az akkumulátor teljesítményét, növeli a minőséget, csökkenti a költségeket, és javítja a biztonságot. Az igények kielégítése érdekében, melyek magasabb fajlagos energiatartalmú elemeket követelnek meg, ezt nagy fajlagos kapacitású anyagok alkalmazásával, valamint nagyfeszültségű anyagok bevezetésével lehet elérni, amelyek növelik a töltési feszültséget.

A hengeres lítium-ion akkumulátorok az 14500-es mérettől a Tesla 21700-as akkumulátorig fejlődtek. A közeli és középtávú időszakban, miközben a meglévő lítium-ion teljesítményakkumulátor-technológiák optimalizálásával igazodnak az új energiájú járművek nagy léptékű fejlesztésének igényeihez, kiemelt figyelem irányul az új lítium-ion teljesítményakkumulátorok fejlesztésére, biztonságuk, egységességük és élettartamuk javítására, egyidejűleg pedig előretekintő kutatás-fejlesztést folytatnak az új teljesítményakkumulátor-rendszerek terén.

A hengeres lítium-ion akkumulátorok közép- és hosszú távú fejlesztése során, miközben folyamatosan optimalizálják és fejlesztik az új lítium-ion teljesítményakkumulátorokat, kiemelt feladat lesz az új teljesítményakkumulátor-rendszerek fejlesztése, amelyek jelentősen növelik a fajlagos energiát, drasztikusan csökkentik a költségeket, és lehetővé teszik az új teljesítményakkumulátor-rendszerek gyakorlati alkalmazását és nagy léptékű bevezetését.