La Guida Completa alle Batterie Li-ion Cilindriche: Tipi, Prestazioni e Applicazioni

Le batterie al litio cilindriche sono suddivise in diversi sistemi come fosfato di ferro e litio, ossido di cobalto e litio, ossido di manganese e litio, ibrido cobalto-manganese e materiali ternari. L'involucro è suddiviso in contenitore in acciaio e contenitore in polimero. Diversi sistemi di materiali presentano vantaggi differenti.

Elenco completo dei modelli di batterie al litio cilindriche

Modello cellulare	tensione nominale	Capacità (mAh)	Temperatura di ricarica (°C)	Temperatura di scarica (°C)	Corrente di ricarica (A)	Corrente di scarica (A)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (temperatura ambiente 1C)	10 A (temperatura normale 5C)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (temperatura ambiente 1 C)	25 A (temperatura ambiente 10 °C)
ICR18650 (Ternario)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0 A (temperatura normale 1 C)	15 A (5 °C)
ICR21700 (Ternario)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0 A (temperatura normale 1 C)	40 A (temperatura normale 10 C)
NCR18650B (Ternario)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625 A	4,875 A
INR18650-30Q (Ternario)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5c	15A
IFR26650 (Fosfato di Ferro e Litio)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (temperatura ambiente 1C)	10 A (temperatura ambiente 3C)
IFR32700 (Fosfato di Ferro e Litio)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (temperatura normale 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Cos'è una batteria al litio cilindrica?

1. Definizione di batteria cilindrica

Le batterie al litio di tipo cilindrico sono classificate in diversi sistemi, tra cui fosfato di ferro e litio, ossido di cobalto e litio, ossido di manganese e litio, ibrido cobalto-manganese e materiali ternari. Le custodie sono disponibili in versioni in acciaio e in polimero, ognuna con i propri vantaggi. Attualmente, le batterie cilindriche al fosfato di ferro e litio con involucro in acciaio sono le più comuni. Queste batterie offrono vantaggi come elevata capacità, alta tensione di uscita, buona prestazione del ciclo di carica-scarica, tensione di uscita stabile, capacità di scarica a corrente elevata, stabilità elettrochimica, sicurezza, ampio intervallo di temperatura operativa e rispetto per l'ambiente. Sono ampiamente utilizzate nell'illuminazione solare, nell'illuminazione per prati, nelle alimentazioni di backup, negli utensili elettrici e nei modelli giocattolo.

2. Struttura della batteria cilindrica

Una tipica struttura di una batteria cilindrica comprende: involucro, cappuccio, elettrodo positivo, elettrodo negativo, separatore, elettrolita, elemento PTC, guarnizione, valvola di sicurezza, ecc. Generalmente, l'involucro della batteria è l'elettrodo negativo e il cappuccio è l'elettrodo positivo. L'involucro della batteria è realizzato in acciaio nichelato.

3. Vantaggi delle batterie al litio cilindriche

Rispetto alle batterie al litio a busta e prismatica, le batterie al litio cilindriche hanno la storia di sviluppo più lunga, un grado maggiore di standardizzazione, tecnologia più matura, rendimento produttivo superiore e costi inferiori.

Processo produttivo maturo, costo di assemblaggio (PACK) basso, elevata resa del prodotto batteria e buone prestazioni di dissipazione del calore.

Le batterie cilindriche hanno stabilito una serie di norme e modelli standardizzati a livello internazionale, con una tecnologia matura adatta alla produzione continua di massa. La forma cilindrica presenta una grande superficie specifica, che favorisce una buona dissipazione del calore.

Le batterie cilindriche sono generalmente batterie sigillate e non presentano problemi di manutenzione durante l'uso.

La scocca della batteria ha un'elevata resistenza alla pressione e non manifesta fenomeni come il rigonfiamento osservabili nelle batterie quadrate o in quelle con involucro flessibile durante l'uso.

4. Materiale catodico della batteria cilindrica

Attualmente, i materiali catodici delle batterie cilindriche commerciali più diffusi includono l'ossido di cobalto e litio (LiCoO₂), l'ossido di manganese e litio (LiMn₂O₄), il litio ternario (NMC) e il fosfato di ferro e litio (LiFePO₄). Diversi sistemi di materiali presentano caratteristiche differenti, come confrontato di seguito:

progetto	Ossido di cobalto e litio (LiCoO₂)	Litio ternario (LiNiCoMnO₂)	Ossido di manganese e litio (LiMn₂O₄)	Fosfato di Ferro e Litio (LiFePO₄)
Densità di Tampone (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Superficie specifica (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capacità (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Livello di tensione (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Prestazioni cicliche	≥ 500 volte	≥ 500 volte	≥300 volte	≥ 2000 volte
Costi dei Materiali Grezzi	Alto (contenuto di cobalto)	Alto (contenente nichel e cobalto)	basso	basso
Protezione dell'ambiente	Contiene cobalto (bassa ecocompatibilità)	Contiene nichel e cobalto (Protezione ambientale cinese)	Non tossico	Non tossico
Prestazioni di sicurezza	Scarso	meglio.	buono	eccellente
Aree di Applicazione	Batterie piccole	Piccola batteria per alimentazione	Batterie per alimentazione, batterie a basso costo	Batterie per alimentazione/alimentatori ad altissima capacità
vantaggio	Batterie di piccole e medie dimensioni con prestazioni stabili	Prestazioni elettrochimiche stabili	Le risorse di manganese sono abbondanti e a basso costo	Alta sicurezza e lunga durata
svantaggio	Prezzo elevato del cobalto e vita ciclica ridotta	Il cobalto e il nichel sono costosi	Bassa densità energetica	Scarse prestazioni a basse temperature

5. Materiale anodico per batterie cilindriche

I materiali anodici per batterie cilindriche possono essere suddivisi in sei tipi principali: materiali anodici a base di carbonio, materiali anodici lega, materiali anodici a base di stagno, materiali anodici a base di nitruro di metallo di transizione litio-contenente, materiali nanometrici e materiali anodici nanostrutturati.

Materiali anodici nanometrici a base di carbonio: attualmente, i materiali anodici effettivamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio sono essenzialmente materiali a base di carbonio, come grafite artificiale, grafite naturale, sfere microcristalline di carbonio mesofase, coke di petrolio, fibra di carbonio, carbonio da resina pirolitica, ecc.

I materiali per anodi a base di leghe includono leghe a base di stagno, leghe a base di silicio, leghe a base di germanio, leghe a base di alluminio, leghe a base di antimonio, leghe a base di magnesio e altre leghe. Attualmente non esistono prodotti disponibili sul mercato.

Materiali per anodi a base di stagno: i materiali per anodi a base di stagno possono essere suddivisi in due tipologie: ossidi di stagno e ossidi compositi a base di stagno. Gli ossidi si riferiscono agli ossidi dello stagno metallico in diversi stati di valenza. Attualmente non esistono prodotti disponibili sul mercato.

Attualmente non esistono materiali per anodi a base di litio e nitruro di metallo di transizione disponibili sul mercato.

Materiali nanometrici: nanotubi di carbonio, materiali a base di nanoleghe.

Materiali per anodi nanometrici: materiali a base di nano-ossidi

 

II. Celle cilindriche per batterie al litio

1. Marche di celle cilindriche agli ioni di litio

Le batterie al litio di forma cilindrica sono molto diffuse tra le aziende produttrici di batterie al litio in Giappone e Corea del Sud, e anche in Cina esiste un numero considerevole di aziende che producono batterie al litio cilindriche. La prima batteria al litio cilindrica fu inventata dalla società giapponese Sony nel 1992.

Tra i marchi più noti di celle per batterie al litio cilindriche figurano: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK e Lishen.

 

2. Tipi di celle al litio cilindriche

Le celle al litio cilindriche sono generalmente identificate da cinque cifre. Contando da sinistra, le prime due cifre indicano il diametro della batteria, la terza e la quarta cifra indicano l'altezza della batteria, mentre la quinta cifra indica che la cella è di forma circolare. Esistono molti modelli di batterie al litio cilindriche, tra cui i più comuni sono 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 e 32650.

① Batteria 10440:
La batteria 10440 è una batteria al litio con un diametro di 10 mm e un'altezza di 44 mm, delle stesse dimensioni di quella che comunemente chiamiamo "batteria formato 7". Questo tipo di batteria ha generalmente una capacità molto ridotta, solo qualche centinaio di mAh, ed è utilizzata principalmente in prodotti elettronici miniaturizzati, come torce elettriche, mini altoparlanti e megafoni.

② Batteria 14500:
La batteria 14500 è una batteria al litio con un diametro di 14 mm e un'altezza di 50 mm. Questo tipo di batteria è generalmente da 3,7 V o 3,2 V, con una capacità nominale relativamente piccola, leggermente superiore rispetto alla batteria 10440, generalmente 1600 mAh. Offre ottime prestazioni di scarica ed è utilizzata principalmente in dispositivi elettronici di consumo, come altoparlanti wireless, giocattoli elettrici e fotocamere digitali.

③ Batteria 16340.
La batteria 16340 è una batteria al litio con un diametro di 16 mm e un'altezza di 34 mm. A causa della sua altezza ridotta e della capacità relativamente elevata, questo tipo di batteria è spesso utilizzato in torce ad alta potenza, torce LED, lampade frontali, luci laser e altri dispositivi di illuminazione.

④ Batteria 18650:
La batteria 18650 è una batteria al litio con un diametro di 18 mm e un'altezza di 65 mm. La sua caratteristica principale è l'elevata densità energetica, pari a circa 170 Wh/kg. Pertanto, questo tipo di batteria è economicamente vantaggiosa. La maggior parte delle batterie che vediamo nella vita quotidiana appartiene a questo tipo, poiché si tratta di una batteria al litio relativamente matura, con buona qualità del sistema e stabilità sotto tutti gli aspetti. È ampiamente utilizzata in applicazioni con capacità della batteria intorno ai 10 kWh, come nei telefoni cellulari, nei laptop e in altri dispositivi elettronici di piccole dimensioni.

⑤ Batteria 21700:
La batteria 21700 è una batteria al litio con un diametro di 21 mm e un'altezza di 70 mm. Grazie alle dimensioni maggiori, il tasso di utilizzo dello spazio migliora e la densità energetica delle singole celle e del sistema può aumentare. La sua densità volumetrica di energia è molto più elevata rispetto a quella della batteria 18650. È ampiamente utilizzata in prodotti digitali, veicoli elettrici, monopattini, lampade stradali solari con batteria al litio, luci LED, utensili elettrici, ecc.

⑥ Batteria 26650:
La batteria 26650 è una batteria al litio con un diametro di 26 mm e un'altezza di 65 mm. Ha una tensione nominale di 3,2 V e una capacità nominale di 3200 mAh. Questo tipo di batteria offre un'eccellente capacità e un'alta consistenza ed è diventata gradualmente la sostituta delle batterie 18650. Anche molti prodotti nel settore delle batterie per applicazioni di potenza tenderanno progressivamente verso questo tipo.

⑦ Batteria 32650
La batteria 32650 è una batteria al litio con un diametro di 32 mm e un'altezza di 65 mm. Questo tipo di batteria ha una forte capacità di scarica continua, quindi è particolarmente adatto per giocattoli elettrici, alimentazione di riserva, batterie UPS, sistemi di generazione di energia eolica e sistemi ibridi di generazione di energia eolica e solare.

III. Sviluppo del mercato delle batterie al litio cilindriche

I progressi nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio cilindriche derivano principalmente dalla ricerca innovativa e dall'applicazione di materiali chiave per batterie. Lo sviluppo di nuovi materiali migliora ulteriormente le prestazioni della batteria, ne aumenta la qualità, riduce i costi e migliora la sicurezza. Per soddisfare le esigenze delle applicazioni a valle relative a una maggiore energia specifica della batteria, ciò si ottiene utilizzando materiali con elevata capacità specifica e aumentando la tensione di carica attraverso l'adozione di materiali ad alta tensione.

Le batterie cilindriche al litio-ion sono evolute dalla 14500 fino alla batteria Tesla 21700. Nel breve e medio termine, mentre si ottimizzano le tecnologie esistenti delle batterie agli ioni di litio per soddisfare le esigenze dello sviluppo su larga scala dei veicoli a energia nuova, l'attenzione è rivolta allo sviluppo di nuove batterie agli ioni di litio per autotrazione, migliorandone sicurezza, uniformità e durata, e parallelamente si svolge una ricerca e sviluppo strategica sui nuovi sistemi di batterie per trazione.

Per lo sviluppo nel medio e lungo termine delle batterie cilindriche al litio-ion, mentre si continuerà a ottimizzare e migliorare le nuove batterie agli ioni di litio per autotrazione, l'attenzione sarà focalizzata sullo sviluppo di nuovi sistemi di batterie per trazione al fine di migliorare significativamente l'energia specifica, ridurre notevolmente i costi e realizzare l'applicazione pratica e su larga scala dei nuovi sistemi di batterie per trazione.