円筒型リチウムイオン電池の完全ガイド：種類、性能、および用途

円筒型リチウム電池は、リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、コバルト・マンガンハイブリッド、三元系材料などの異なるシステムに分けられます。外装はスチールケースとポリマーケースに分かれます。異なる材料体系にはそれぞれ異なる利点があります。

円筒型リチウム電池モデルの完全なリスト

細胞モデル	定格電圧	容量 (mAh)	充電温度（°C）	放電温度（°C）	充電電流（A）	放電電流 (a)
ICR18650（三元系）	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2.2A（室温1C）	10A（常温5C）
ICR18650（三元系）	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2.5A（室温1C）	25A（室温10°C）
ICR18650（三元系）	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3.0A（常温1C）	15A（5°C）
ICR21700（三元系）	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4.0A（常温1C）	40A（常温10C）
NCR18650B（三元系）	3.6V	3350	0~45	-20~60	1.625A	4.875A
INR18650-30Q（三元系）	3.6V	3000	0~45	-20~75	半分	15A
IFR26650（リン酸鉄リチウム）	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3.2A（室温1C）	10A（室温3C）
IFR32700（リン酸鉄リチウム）	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5.0A（常温1C）	25A（5°C）
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. について 円筒型リチウム電池とは？

1. 円筒型電池の定義

円筒型リチウム電池は、リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、コバルト・マンガンハイブリッド、および三元系材料など、異なるシステムに分類されます。外装はスチール製とポリマー製があり、それぞれ独自の利点を持っています。現在、スチール外装を備えた円筒型リン酸鉄リチウム電池が最も一般的です。これらの電池は、高容量、高出力電圧、優れた充放電サイクル性能、安定した出力電圧、大電流放電能力、安定した電気化学的性能、安全性、広い動作温度範囲、環境への配慮などの利点があります。太陽光照明、芝生灯、バックアップ電源、電動工具、おもちゃモデルなど、幅広い分野で使用されています。

2. 円筒型電池の構造

一般的な円筒型電池の構造には、外装ケース、キャップ、正極、負極、セパレータ、電解液、PTC素子、ガスケット、安全弁などが含まれます。通常、電池の外装ケースが負極となり、キャップが正極となります。電池の外装ケースはニッケルメッキ鋼で作られています。

3. 円筒型リチウム電池の利点

ポーチ型および角型リチウム電池と比較して、円筒型リチウム電池は最も長い開発歴を持ち、標準化の度合いが高く、技術がより成熟しており、歩留まりが高く、コストも低いです。

生産プロセスが成熟しており、PACKコストが低く、電池製品の歩留まりが高く、放熱性能に優れています。

円筒型電池は、国際的に統一された標準規格およびモデルシリーズを確立しており、技術は成熟しているため、大量連続生産に適しています。円筒形状は比表面積が大きいため、放熱性に優れています。

円筒型バッテリーは一般的に密封型バッテリーであり、使用中にメンテナンスの必要がありません。

バッテリー外装は耐圧性が高く、使用中に角型やソフトパック型バッテリーで見られる膨張などの現象は発生しません。

4. 円筒型バッテリーの正極材料

現在、主流の商用円筒型バッテリーの正極材料には、主にリチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）、リチウムマンガン酸化物（LiMn₂O₄）、三元系リチウム（NMC）、およびリン酸鉄リチウム（LiFePO₄）が含まれます。異なる材料体系にはそれぞれ異なる特性があり、以下に比較しています。

プロジェクト	リチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）	三元系リチウム（LiNiCoMnO₂）	リチウムマンガン酸化物（LiMn₂O₄）	リン酸鉄リチウム（LiFePO₄）
タップ密度 (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
比表面積（m²/g）	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
容量（mAh/g）	135~140	140~180	90~100	130~140
電圧プラトー（V）	3.7	3.5	3.8	3.2
サイクル性能	≥500回	≥500回	300回以上	≥2000回
原材料コスト	高（コバルト含有）	高（ニッケルおよびコバルト含有）	低	低
環境保護	コバルトを含有（環境負荷が大きい）	ニッケルおよびコバルトを含有（中国環境保護）	毒性がない	毒性がない
安全性	不良	良くなる	良好	素晴らしい
適用分野	小型バッテリー	小型電池	動力用バッテリー、低コストバッテリー	動力用バッテリー／超大容量電源
優位性	中小型バッテリーは性能が安定	安定した電気化学的性能	マンガン資源は豊富でコストが低い	安全性が高く、寿命が長い
欠点	コバルト価格が高く、サイクル寿命が短い	コバルトとニッケルは高価である	エネルギー密度が低い	低温性能が劣る

5. 円筒型バッテリー用負極材料

円筒型バッテリーの負極材料はおおむね6種類に分けられる：炭素系負極材料、合金系負極材料、スズ系負極材料、リチウム含有遷移金属窒化物系負極材料、ナノスケール材料およびナノ負極材料。

炭素系ナノスケール負極材料：現在、リチウムイオン電池に実際に使用されている負極材料は基本的に人工黒鉛、天然黒鉛、中間相炭素微小球、石油コークス、炭素繊維、ピッチ系樹脂炭素など、炭素材料である。

合金系アノード材料には、スズ系合金、シリコン系合金、ゲルマニウム系合金、アルミニウム系合金、アンチモン系合金、マグネシウム系合金、その他の合金が含まれます。現在、商業的に利用可能な製品は存在しません。

スズ系アノード材料：スズ系アノード材料は、スズ酸化物とスズ系複合酸化物の2種類に分けられます。酸化物とは、さまざまな価数状態の金属スズの酸化物を指します。現在、商業的に利用可能な製品は存在しません。

リチウム遷移金属窒化物アノード材料については、現在商業的に利用可能な製品は存在しません。

ナノスケール材料：カーボンナノチューブ、ナノ合金材料。

ナノアノード材料：ナノ酸化物材料

 

II. 円筒型リチウム電池セル

1. 円筒型リチウムイオンセルのブランド

円筒形リチウム電池は、日本および韓国のリチウム電池メーカーの間で広く普及しており、中国にも円筒形リチウム電池を製造する多数の企業が存在します。最初の円筒形リチウム電池は、1992年に日本のソニー株式会社によって発明されました。

有名な円筒形リチウムイオン電池セルのブランドには、ソニー、パナソニック、サニーオー、サムスン、LG、万向A123、BAK、Lishenなどがあります。

 

2. 円筒形リチウムイオンセルの種類

円筒形リチウムイオンセルは通常、5桁の数字で表されます。左から数えて、最初の2桁が電池の直径を示し、3番目と4番目の桁が電池の高さを示し、5番目の桁がセルが円筒形であることを示しています。円筒形リチウム電池には多くのモデルがあり、一般的なものは10400、14500、16340、18650、21700、26650、32650などです。

① 10440 バッテリー：
10440バッテリーは直径10mm、高さ44mmのリチウム電池で、「単7電池」と同じサイズです。このタイプのバッテリーは一般的に容量が非常に小さく、数百mAh程度であり、主に懐中電灯、小型スピーカー、メガホンなどの小型電子機器に使用されます。

② 14500バッテリー：
14500バッテリーは直径14mm、高さ50mmのリチウム電池です。このタイプのバッテリーは一般的に3.7Vまたは3.2Vで、公称容量は比較的小さいですが、10440バッテリーよりやや大きく、一般的には1600mAhです。優れた放電性能を持ち、ワイヤレススピーカー、電動おもちゃ、デジタルカメラなどの家電製品に主に使用されます。

③ 16340バッテリー。
16340 バッテリーは、直径16mm、高さ34mmのリチウム電池です。高さが比較的短く、容量が大きいことから、このタイプのバッテリーは高出力懐中電灯、LED懐中電灯、ヘッドランプ、レーザー照明、その他の照明器具によく使用されています。

④ 18650 バッテリー：
18650 バッテリーは、直径18mm、高さ65mmのリチウム電池です。その最大の特徴は非常に高いエネルギー密度にあり、ほぼ170 Wh/kgに達します。そのため、このタイプのバッテリーはコストパフォーマンスに優れています。また、システムの品質と安定性に優れた比較的成熟したリチウム電池であるため、日常生活で見かける多くのバッテリーがこのタイプです。主に携帯電話、ノートパソコンなどの小型電子機器や、約10kWh程度のバッテリー容量を必要とする用途に広く使われています。

⑤ 21700 バッテリー：
21700バッテリーは直径21mm、高さ70mmのリチウム電池です。サイズが大きくなったため、空間利用率が向上し、個々のセルおよびシステムのエネルギー密度を高めることができます。その体積当たりのエネルギー密度は18650バッテリーよりはるかに高いです。デジタル製品、電気自動車、バランスカー、太陽光発電式リチウム電池街灯、LEDライト、電動工具など幅広い分野で使用されています。

⑥ 26650 バッテリー：
26650バッテリーは直径26mm、高さ65mmのリチウム電池です。定格電圧は3.2V、定格容量は3200mAhです。このタイプのバッテリーは優れた容量と高い一貫性を持っており、次第に18650バッテリーの代替品となっています。電動力用バッテリー分野の多くの製品でも、徐々にこのタイプが好まれるようになっています。

⑦ 32650 バッテリー
32650バッテリーは、直径32mm、高さ65mmのリチウム電池です。このタイプのバッテリーは連続放電能力が強く、電動おもちゃ、バックアップ電源、UPS用バッテリー、風力発電システム、風力・太陽光ハイブリッド発電システムなどに適しています。

III. 円筒型リチウム電池市場の発展

円筒型リチウムイオン電池技術の進歩は主に、電池の主要材料に関する革新的な研究とその応用によるものです。新素材の開発により、電池の性能と品質がさらに向上し、コスト削減や安全性の改善が実現されています。下流アプリケーションにおける電池の比エネルギー向上への需要に対応するため、高比容量を持つ材料の使用や、高電圧材料を採用して充電電圧を高める方法が用いられています。

円筒型リチウムイオン電池は、14500型からテスラの21700型電池へと進化してきました。近中期的には、新エネルギー自動車の大規模な発展ニーズに対応するため、既存のリチウムイオン動力電池技術を最適化しつつ、新しいリチウムイオン動力電池の開発に注力し、その安全性、一貫性、寿命を向上させるとともに、新たな動力電池システムに関する先見的な研究開発を並行して進めています。

円筒型リチウムイオン電池の中長期的な発展にあたっては、不断に新しいリチウムイオン動力電池の最適化と改善を進めながら、新たな動力電池システムの開発に重点を置き、比エネルギーを大幅に向上させ、コストを大きく削減し、新たな動力電池システムの実用化および大規模な応用の実現を目指します。