המדריך השלם לסוללות ליתיום-יון גליליות: סוגים, ביצועים ויישומים

סוללות ליתיום גליליות מחולקות למערכות שונות כגון ליתיום ברזל פוספט, ליתיום קובלט חמצן, ליתיום מangan חמצן, היבריד קובלט-מangan וחומרים טרנריים. המעטפה מחולקת למעטפת פלד ולמעטפת פולימרית. לכל מערכת חומרים ישית יתרונות שונים.

רשימה מלאה של מודלי סוללות ליתיום צילינדריות

מודל תא	מתח נומינלי	קיבולת (mAh)	טמפרטורת טעינה (°C)	טמפרטורת פריקה (°C)	זרם טעינה (A)	זרם פריקה (A)
ICR18650 (טרנרי)	3.7v	2200	0~45	-40~+60	2.2A (טמפרטורת החדר 1C)	10A (טמפרטורה רגילה 5C)
ICR18650 (טרנרי)	3.7v	2500	0~45	-40~+60	2.5A (טמפרטורת החדר 1C)	25A (טמפרטורת החדר 10°C)
ICR18650 (טרנרי)	3.7v	3000	0~45	-40~+60	3.0A (טמפרטורה רגילה 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (שלישוני)	3.7v	4000	0~45	-40~+60	4.0A (טמפרטורה רגילה 1C)	40A (טמפרטורה רגילה 10C)
NCR18650B (שלישוני)	3.6 וולט	3350	0~45	-20~60	1.625A	4.875A
INR18650-30Q (טרנרי)	3.6 וולט	3000	0~45	-20~75	0.5c	15A
IFR26650 (ליתיום ברזל פוספט)	3.2v	3200	-20~+45	-40~+60	3.2A (טמפרטורת החדר 1C)	10A (טמפרטורת החדר 3C)
IFR32700 (ליתיום ברזל פוספט)	3.2v	5000	-20~+45	-40~+60	5.0A (טמפרטורה נורמלית 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2v	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. מהו סוללת ליתיום צילינדרית?

1. הגדרת סוללת צילינדרית

סוללות ליתיום צילינדריות מסווגות למערכות שונות, כולל פוספט ברזל-ליתיום, אוקסיד קובלט-ליתיום, אוקסיד מangan-ליתיום, שילוב קובלט-מangan וחומרים טרנריים. המעילים זמינים בסוגי פלדה ופולימר, כאשר לכל סוג יש יתרונות משלו. כיום, הסוללות הצילינדריות של פוספט ברזל-ליתיום עם מעילי פלדה הן הנפוצות ביותר. לסוללות אלו יש יתרונות כמו קיבולת גבוהה, מתח פלט גבוה, ביצועי מחזור טעינה-פריקה טובים, מתח פלט יציב, יכולת פריקה בזרם גבוה, ביצועים אלקטרוכימיים יציבים, בטיחות, טווח טמפרטורות עבודה רחב וידידותיות לסביבה. הן בשימוש נרחב בא chiếuור סולרי, תאורת דשא, חשמל גיבוי, כלים חשמליים ודמויות צעצוע.

2. מבנה סוללה צילינדרית

מבנה סטנדרטי של סוללת גליל כוללת: מעטפת, מכסה, חוט חיובי, חוט שלילי, מפריד, אלקטרוליט, אלמנט PTC, אום-רינג, שסתום בטיחות וכו'. בדרך כלל, המעטפת של הסוללה היא החוט השלילי, והמכסה הוא החוט החיובי. מעטפת הסוללה עשויה פלדה מnickלת.

3. יתרונות של סוללות ליתיום גליליות

בהשוואה לסוללות ליתיום דקויות ופשוטות, לסוללות ליתיום גליליות יש את ההיסטוריה הארוךה ביותר של פיתוח, רמה גבוהה יותר של תקינה, טכנולוגיה מפותחת יותר, אחוז תשואה גבוה יותר ועלות נמוכה יותר.

תהליך ייצור מATURE, עלות PACK נמוכה, תשואה גבוהה של מוצר הסוללה, וביצועי פיזור חום טובים.

סוללות גליליות הקימו סדרה של תקנים ודגמים בינלאומיים מאומתים, עם טכנולוגיה מATURE המתאימה לייצור מונפש בקנה מידה גדול. הצורה הגלילית מציעה שטח פנים יחסי גדול, מה שמאפשר פיזור חום טוב.

סוללות גליליות הן בדרך כלל סוללות חסומות, ואין בעיות של תחזוקה במהלך השימוש.

מעטפת הסוללה עמידה בלחץ גבוה ולא תתגלה בה תופעות כגון נפיחות כמו בסוללות מרובעות או אריזות רכות במהלך השימוש.

4. חומר קתודה של סוללה גלילית

נכון להיום, חומרי הקתודה הנפוצים מסחרית בסוללות גליליות כוללים אוקسيد הליתיום-קובלט (LiCoO2), אוקسيد הליתיום-מנגן (LiMn2O4), ליתיום טרינארי (NMC) ואוקсид ליתיום-ברזל-פוספט (LiFePO4). למערכות חומרים שונות יש מאפיינים שונים, כפי שמוצג להלן:

פרויקט	אكسיד ליתיום-קובלט (LiCoO₂)	ליתיום טרינארי (LiNiCoMnO₂)	אקסיד ליתיום-מנגן (LiMn₂O₄)	אקסיד ליתיום-ברזל-פוספט (LiFePO₄)
צפיפות דפק (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
שטח פנים ספציפי (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
קיבולת (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
מתח פלטפורמה (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
ביצועים מחזוריים	≥500 פעמים	≥500 פעמים	≥300 פעמים	≥2000 פעמים
עלויות חומרים גולמיים	גבוה (תכולת קובלט)	גבוה (מכיל ניקל וקובלת)	נמוך	נמוך
הגנת הסביבה	מכיל קובלט (ידידותית פחות לסביבה)	מכיל ניקל וקובלת (הגנה על הסביבה בסין)	לא רעיל	לא רעיל
ביצועי בטיחות	גרוע	טוב יותר	טוב	מְעוּלֶה
תחומי יישום	סוללות קטנות	סוללת כוח קטנה	סוללות כוח, סוללות בזול	סוללות כוח/אספקת כוח על-גדולה
יתרון	סוללות קטנות ובינוניות עם ביצועים יציבים	ביצועים אלקטרוכימיים יציבים	משבי הנחושן עשירים וזולים	בטיחות גבוהה וחיים ארוכים
חסרון	מחיר קובלט גבוה ומחזור חיים קצר	קובלט וניקל הם יקרים	צפיפות אנרגיה נמוכה	ביצועים לקויים בטמפרטורות נמוכות

5. חומר אנודה לסלילי סוללות

חומרי אנודה של סוללות צילינדריות יכולים להתחלק באופן כללי לשישה סוגים: חומרי אנודה מפחמן, חומרי אנודה מאליה, חומרי אנודה מבוססי בדיל, חומרי אנודה של ניטריד מתכת מעבר המכילים ליתיום, חומרים ננו-סקאלריים וחומרי אנודה ננوية.

חומרי אנודה ננوية מפחמן: כרגע, חומרי האנודה שנמצאים בשימוש בתרמיות ליתיום-יון הם ברובם חומרי פחמן, כגון גרפיט מלאכותי, גרפיט טבעי, כדורי פחמן מזופזה, קוקס נפט, פיבר פחמן, פחמן מפירוליזה של רזין וכו'.

חומרי אנודה מבוססי ספוג כוללים סגסוגות מבוססות עופרת, סגסוגות מבוססות סיליקון, סגסוגות מבוססות גרמניום, סגסוגות מבוססות אלומיניום, סגסוגות מבוססות אנטימון, סגסוגות מבוססות מגנזיום וספוגים אחרים. כרגע אין מוצרים זמינים מסחרית.

חומרי אנודה מבוססי עופרת: חומרי אנודה מבוססי עופרת יכולים להתחלק לשני סוגים: אוקסידים של עופרת ותחמוצות מורכבות מבוססות עופרת. אוקסידים מתייחסים לאוקסידים של עופרת מתכתית בדרגות חמצון שונות. כרגע, אין מוצרים מסחריים זמינים.

כרגע אין חומרי אנודה מסחריים זמינים של ניטרידי מתכות מעבר ליתיום.

חומרים ננו-סקאלתיים: ננו צינורות פחמן, חומרים ננו-אלאי

חומרי אנודה ננו: חומרים ננו-אוקסידיים

 

II. תאי סוללות ליתיום גליליים

1.מותגי תאי ליתיום-יונים גליליים

סוללות ליתיום גליליות נפוצות בקרב חברות סוללות ליתיום ביפן ובדרום קוריאה, וגם יש מספר משמעותי של חברות בסין שיוצרות סוללות ליתיום גליליות. הסוללה הגלילית הליתיומה הראשונה פותחה על ידי חברת סוני של יפן בשנת 1992.

מותגי תאי סוללות ליתיום-יונים גליליים ידועים כוללים: סוני, פנאסוניק, סניו, סמסונג, LG, Wanxiang A123, BAK ו-Lishen.

 

2. סוגי תאי ליתיום-יונים גליליים

תאי ליתיום-יון גליליים מיוצגים בדרך כלל על ידי חמישה ספרות. משמאל לימין, שתי הספרות הראשונות מציינות את קוטר הסוללה, הספרות השלישית והרביעית מציינות את גובה הסוללה, והספרה החמישית מציינת שהתא הוא עגול. קיימים דגמים רבים של סוללות ליתיום גליליות, ביניהם נפוצים: 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 ו-32650.

① סוללת 10440:
סוללת 10440 היא סוללת ליתיום בקוטר 10 מ"מ וגובה 44 מ"מ, באותו הגודל כמו מה שנקרא בדרך כלל "סוללת גודל 7". לסוג זה של סוללה יש בדרך כלל קיבולת קטנה מאוד, רק כמה מאות mAh, והיא משמשת בעיקר במוצרים אלקטרוניים מיניאטוריים, כגון פנסים, רמקולים קטנים ומיקרופונים.

② סוללת 14500:
הסוללה 14500 היא סוללת ליתיום בקוטר 14 מ"מ וגובה 50 מ"מ. סוג זה של סוללה הוא בדרך כלל 3.7V או 3.2V, עם קיבולת נומינלית קטנה יחסית, מעט גדולה יותר מהסוללה 10440, בדרך כלל 1600mAh. יש לה ביצועי פריקה מצוינים והיא משמשת בעיקר באלקטרוניקה לצרכן, כגון רמקולים אלחוטיים, צעצועים חשמליים ומצלמות דיגיטליות.

③ סוללת 16340.
הסוללה 16340 היא סוללת ליתיום בקוטר 16 מ"מ וגובה 34 מ"מ. בשל גובהה הקצר וקיבולתה היחסית הגדולה, ניתן למצוא סוללה זו לעיתים קרובות בפנסים חזקים, פנסים LED, פנסים ראש, אורות לייזר ואביזרי תאורה אחרים.

④ סוללת 18650:
הסוללה 18650 היא סוללת ליתיום בקוטר 18 מ"מ וגובה 65 מ"מ. התכונה המובהקת שלה היא צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר, שמשתנה בכ-170 Wh/kg. לכן, סוג זה של סוללה נחשב זול יחסית. רוב הסוללות שאנו רואים בחיי היומיום הן מסוג זה, שכן זו סוללת ליתיום י зрופה יחסית עם איכות ויציבות מערכתיות טובות בכל היבט. היא בשימוש נרחב ביישומים של כושר סוללה של כ-10 קילוואט שעה, כמו בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים והתקנים אלקטרוניים קטנים אחרים.

⑤ סוללת 21700:
הסוללה 21700 היא סוללת ליתיום בקוטר 21 מ"מ וגובה 70 מ"מ. בשל גודלה הגדול יותר, שיעור ניצולת החלל משתפר, וכן ניתן להגביר את צפיפות האנרגיה של התאים הבודדים והמערכת. צפיפות האנרגיה הנפחית שלה גבוהה בהרבה מאלו של סוללת 18650. היא בשימוש נרחב במוצרים דיגיטליים, רכבי שילוח חשמליים, רכבים שומרי שוויון, פנסי רחוב סולריים עם סוללות ליתיום, אורות LED, כלים חשמליים ועוד.

⑥ סוללת 26650:
הסוללה 26650 היא סוללת ליתיום בקוטר 26 מ"מ וגובה 65 מ"מ. יש לה מתח נומינלי של 3.2V וקיבולת נומינלית של 3200mAh. לסוג זה של סוללה יש קיבולת מצוינת ועקביות גבוהה, והיא הופכת בהדרגה להחלפה של סוללות 18650. גם במגוון מוצרים בתחום סוללות הכוח ייוותרו עדיפה יותר.

⑦ סוללת 32650
הסוללה מסוג 32650 היא סוללת ליתיום בקוטר 32 מ"מ וגובה 65 מ"מ. לסוג זה של סוללה יש יכולת פריקה רציפה חזקה, ולכן היא מתאימה יותר לשימוש בסחרורים חשמליים, כוח גיבוי, סוללות UPS, מערכות ייצור חשמל מ энергиית רוח, ומערכות היברידיות לייצור חשמל מ energia רוח וסולארית.

III. פיתוח שוק הסוללות הליתיומות הצילינדריות

התקדמות בטכנולוגיה של סוללות ליתיום-יון צילינדריות נובעת בעיקר מחקר חדשני ויישום של חומרים מרכזיים לסוללה. הפיתוח של חומרים חדשים משפרים עוד יותר את ביצועי הסוללה, מגבירים את האיכות, מקטינים עלויות ומשפרים את הבטיחות. כדי לעמוד בדרישות של יישומים תחתוניים לצורך אנרגיה סגולית גבוהה יותר של הסוללה, ניתן להשיג זאת באמצעות שימוש בחומרים עם קיבולת סגולה גבוהה וכן על ידי הגדלת מתח הטעינה באמצעות אימוץ חומרים למתח גבוה.

סוללות ליתיום-יון צילינדריות התפתחו מה-14500 ועד לסוללת טסלה 21700. בטווח הקצר והבינוני, ובמקביל לאופטימיזציה של טכנולוגיות סוללות ליתיום-יון קיימות כדי לעמוד בצורכי הפיתוח המתקדם של כלי רכב חשמליים, התרשים מתמקד בפיתוח סוללות ליתיום-יון חדשות, בשיפור הבטיחות, העקביות ותוחלת החיים שלהן, וביצוע מחקר ופיתוח מתקדמים של מערכות סוללות כוח חדשות.

לפיתוח הממוצע והארוך טווח של סוללות ליתיום-יון צילינדריות, ובמקביל לשיפור מתמיד של סוללות ליתיום-יון חדשות, נמקד בפיתוח מערכות סוללות כוח חדשות כדי לשפר משמעותית את האנרגיה הסגולית, לצמצם בצורה ניכרת את העלות, ולממש יישום מעשי ובהיקף גדול של מערכות סוללות כוח חדשות.