원통형 리튬이온 배터리에 대한 완전 가이드: 종류, 성능 및 응용 분야

원통형 리튬 배터리는 인산철리튬, 코발트산리튬, 망간산리튬, 코발트-망간 하이브리드 및 삼원계 재료와 같은 다양한 시스템으로 나뉩니다. 외장은 스틸 케이스와 폴리머 케이스로 구분되며, 서로 다른 소재 시스템은 각각 고유의 장점을 가지고 있습니다.

원통형 리튬 배터리 모델 완전 목록

셀 모델	정격 전압	용량 (mAh)	충전 온도 (°C)	방전 온도 (°C)	충전 전류 (A)	배열 전류 (a)
ICR18650 (삼원계)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2.2A (상온 1C)	10A (정상 온도 5C)
ICR18650 (삼원계)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2.5A (상온 1C)	25A (실내 온도 10°C)
ICR18650 (삼원계)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3.0A (정상 온도 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (삼원계)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4.0A (정상 온도 1C)	40A (정상 온도 10C)
NCR18650B (삼원계)	3.6V	3350	0~45	-20~60	1.625A	4.875A
INR18650-30Q (삼원계)	3.6V	3000	0~45	-20~75	0.5C	15A
IFR26650 (리튬 철 인산염)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3.2A (상온 1C)	10A (상온 3C)
IFR32700 (리튬 철 인산염)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5.0A (정상 온도 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. 원통형 리튬 배터리란 무엇인가?

1. 원통형 배터리의 정의

원통형 리튬 배터리는 리튬 철 인산염, 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물, 코발트-망간 하이브리드 및 3원계 재료 등 다양한 시스템으로 분류됩니다. 외장은 스틸과 폴리머 유형으로 제공되며 각각 고유한 장점을 가지고 있습니다. 현재 가장 일반적인 것은 스틸 외장을 가진 원통형 리튬 철 인산염 배터리입니다. 이러한 배터리는 높은 용량, 높은 출력 전압, 우수한 충방전 사이클 성능, 안정된 출력 전압, 고전류 방전 능력, 안정된 전기화학적 특성, 안전성, 넓은 작동 온도 범위 및 친환경성 등의 장점을 제공합니다. 태양광 조명, 잔디 조명, 백업 전원, 전동 공구 및 장난감 모델 등에 널리 사용되고 있습니다.

2. 원통형 배터리 구조

일반적인 원통형 배터리 구조는 케이스, 상단 마개, 양극, 음극, 분리막, 전해질, PTC 소자, 개스킷, 안전 밸브 등을 포함한다. 일반적으로 배터리 케이스는 음극이며, 마개가 양극이다. 배터리 케이스는 니켈 도금 강철로 만들어진다.

3. 원통형 리튬 배터리의 장점

파우치형 및 각형 리튬 배터리와 비교할 때, 원통형 리튬 배터리는 가장 긴 개발 역사와 더 높은 수준의 표준화, 더욱 성숙한 기술, 더 높은 양산 수율 및 낮은 비용을 갖추고 있다.

성숙한 생산 공정, 낮은 팩(PACK) 비용, 높은 배터리 제품 수율 및 우수한 열 방출 성능.

원통형 배터리는 국제적으로 통일된 일련의 표준 사양과 모델을 확립했으며, 기술이 성숙하여 대량 연속 생산에 적합하다. 원통형 형태는 비표면적이 커서 열 방산 성능이 우수하다.

원통형 배터리는 일반적으로 밀봉된 배터리로, 사용 중에 별도의 유지보수가 필요하지 않습니다.

배터리 케이스는 높은 압력 저항성을 가지며, 사용 중 각형 또는 소프트팩 배터리에서 나타나는 팽창 현상과 같은 문제를 일으키지 않습니다.

4. 원통형 배터리 양극 소재

현재 주류 상용 원통형 배터리의 양극 소재는 리튬코발트산화물(LiCoO₂), 리튬망간산화물(LiMn₂O₄), 삼원계 리튬(NMC), 리튬철인산염(LiFePO₄) 등이 주로 포함됩니다. 서로 다른 소재 체계는 각각 고유의 특성을 가지며, 아래에서 비교합니다.

프로젝트	리튬코발트산화물(LiCoO₂)	삼원계 리튬(LiNiCoMnO₂)	리튬망간산화물(LiMn₂O₄)	인산철 리튬 (LiFePO₄)
타파 밀도 (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
비표면적(m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
용량(mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
전압 플랫폼(V)	3.7	3.5	3.8	3.2
순환 성능	≥ 500번	≥ 500번	≥300회	≥2000번
원자재 비용	높음(코발트 함량)	높음(니켈 및 코발트 포함)	낮은	낮은
환경 보호	코발트 포함(환경 친화성 낮음)	니켈 및 코발트 포함(중국 환경 보호)	독성이 없거나	독성이 없거나
안전성	가난한	더 좋네요	좋음	훌륭한
응용 분야	소형 배터리	소형 전력용 배터리	전력용 배터리, 저비용 배터리	전력용 배터리/초대형 용량 전원 공급 장치
장점	소형 및 중형 배터리는 안정적인 성능	안정적인 전기화학적 성능	망간 자원이 풍부하고 비용이 낮음	높은 안전성과 긴 수명
단점	코발트 가격이 높고 사이클 수명이 짧음	코발트와 니켈이 고가임	에너지 밀도가 낮음	낮은 온도에서의 성능이 열약함

5. 원통형 배터리용 음극 소재

원통형 배터리의 음극 소재는 대략 여섯 가지 유형으로 나눌 수 있다: 탄소계 음극 소재, 합금계 음극 소재, 주석 기반 음극 소재, 리튬 함유 전이 금속 질화물 음극 소재, 나노스케일 소재 및 나노 음극 소재.

탄소 나노스케일 음극 소재: 현재 리튬이온배터리에 실제로 사용되는 음극 소재는 대부분 인공흑연, 천연흑연, 중간상 탄소 미세구슬, 석유 코크, 탄소 섬유, 열분해 수지 탄소 등과 같은 탄소 재료들이다.

합금 기반 음극 재료에는 주석 기반 합금, 실리콘 기반 합금, 게르마늄 기반 합금, 알루미늄 기반 합금, 안티몬 기반 합금, 마그네슘 기반 합금 및 기타 합금이 포함됩니다. 현재 상업적으로 이용 가능한 제품은 없습니다.

주석 기반 음극 재료: 주석 기반 음극 재료는 주석 산화물과 주석 기반 복합 산화물의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 산화물이란 다양한 가격 상태의 금속 주석 산화물을 의미합니다. 현재 상업적으로 이용 가능한 제품은 없습니다.

현재 리튬 전이 금속 질화물 음극 재료에 대해 상업적으로 이용 가능한 제품은 없습니다.

나노 규모 재료: 탄소 나노튜브, 나노합금 재료

나노 음극 재료: 나노산화물 재료

 

II. 원통형 리튬 이차전지 셀

1. 원통형 리튬이온 전지 브랜드

원통형 리튬 배터리는 일본과 한국의 리튬 배터리 기업들 사이에서 인기가 많으며, 중국에도 원통형 리튬 배터리를 생산하는 상당수의 기업들이 있다. 최초의 원통형 리튬 배터리는 1992년 일본의 소니(Sony) 사에서 개발하였다.

유명한 원통형 리튬이온 배터리 셀 브랜드로는 소니, 파나소닉, 산요, 삼성, LG, 완샹 A123, BAK, 리선(Lishen) 등이 있다.

 

2. 원통형 리튬이온 셀의 종류

원통형 리튬이온 셀은 일반적으로 다섯 자리 숫자로 표시된다. 왼쪽부터 세었을 때, 첫 번째와 두 번째 자리는 배터리의 지름을 나타내고, 세 번째와 네 번째 자리는 배터리의 높이를 나타내며, 다섯 번째 자리는 셀이 원통형임을 나타낸다. 원통형 리튬 배터리는 다양한 모델이 있으며, 흔히 사용되는 모델로는 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650, 32650 등이 있다.

① 10440 배터리:
10440 배터리는 지름 10mm, 높이 44mm인 리튬 배터리로, 우리가 일반적으로 '7호 배터리'라고 부르는 것과 동일한 크기입니다. 이 종류의 배터리는 일반적으로 용량이 매우 작아서 수백 mAh 정도이며, 주로 손전등, 소형 스피커, 메가폰과 같은 소형 전자제품에 사용됩니다.

② 14500 배터리:
14500 배터리는 지름 14mm, 높이 50mm인 리튬 배터리입니다. 이 배터리는 일반적으로 3.7V 또는 3.2V이며, 명목상 용량은 비교적 작지만 10440 배터리보다 약간 큰 편으로 보통 1600mAh 정도입니다. 우수한 방전 성능을 갖추고 있으며, 무선 스피커, 전동 완구, 디지털 카메라와 같은 소비자 전자기기에 주로 사용됩니다.

③ 16340 배터리.
16340 배터리는 지름 16mm, 높이 34mm인 리튬 배터리입니다. 높이가 짧으면서도 비교적 큰 용량을 가지기 때문에 고출력 손전등, LED 손전등, 헤드램프, 레이저 조명 및 기타 조명 장치에서 자주 사용됩니다.

④ 18650 배터리:
18650 배터리는 지름 18mm, 높이 65mm인 리튬 배터리입니다. 가장 큰 특징은 매우 높은 에너지 밀도로, 거의 170Wh/kg에 달합니다. 따라서 이 배터리는 가성비가 좋은 배터리입니다. 상대적으로 성숙한 리튬 배터리 기술을 바탕으로 시스템 품질과 전반적인 안정성이 우수하여 휴대폰, 노트북 등 소형 전자기기와 같이 약 10kWh 수준의 배터리 용량이 필요한 다양한 분야에 널리 사용됩니다.

⑤ 21700 배터리:
21700 배터리는 지름 21mm, 높이 70mm인 리튬 배터리입니다. 크기가 커짐에 따라 공간 활용률이 향상되며, 개별 셀과 시스템의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있습니다. 이 배터리의 부피당 에너지 밀도는 18650 배터리보다 훨씬 높습니다. 디지털 제품, 전기차, 균형 차량, 태양광 리튬 배터리 가로등, LED 조명, 전동 공구 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.

⑥ 26650 배터리:
26650 배터리는 지름 26mm, 높이 65mm인 리튬 배터리입니다. 명목상 전압은 3.2V이며, 명목상 용량은 3200mAh입니다. 이 배터리는 우수한 용량과 높은 일관성을 갖추고 있어 점차 18650 배터리를 대체하고 있으며, 전력용 배터리 분야의 많은 제품들이 점차 이러한 유형을 선호하게 되고 있습니다.

⑦ 32650 배터리
32650 배터리는 지름 32mm, 높이 65mm의 리튬 배터리입니다. 이 종류의 배터리는 강력한 연속 방전 능력을 가지고 있어 전기 장난감, 백업 전원, UPS 배터리, 풍력 발전 시스템 및 풍력-태양광 하이브리드 발전 시스템에 더 적합합니다.

III. 원통형 리튬 배터리 시장의 발전

원통형 리튬이온 배터리 기술의 발전은 주로 핵심 배터리 소재에 대한 혁신적인 연구와 그 응용에서 비롯됩니다. 신소재의 개발을 통해 배터리 성능을 더욱 향상시키고, 품질을 높이며, 비용을 절감하고, 안전성을 개선할 수 있습니다. 하류 애플리케이션에서 요구하는 배터리의 비에너지(특정 에너지)를 충족시키기 위해 고비열용량 소재를 사용하고, 고전압 소재를 채택하여 충전 전압을 높이는 방법으로 이를 달성하고 있습니다.

원통형 리튬이온 배터리는 14500형에서 테슬라의 21700 배터리까지 진화해 왔다. 향후 단기 및 중기적으로는 신에너지차의 대규모 발전 수요를 충족시키기 위해 기존 리튬이온 동력배터리 기술을 최적화하는 동시에, 새로운 리튬이온 동력배터리 개발에 주력하고 그들의 안전성, 일관성, 수명을 개선하며 병행하여 차세대 동력배터리 시스템에 대한 선도적인 연구개발을 수행할 것이다.

원통형 리튬이온 배터리의 중장기적 발전을 위해, 새로운 리튬이온 동력배터리를 지속적으로 최적화하고 개선하는 한편, 비에너지 밀도를 크게 향상시키고 비용을 획기적으로 절감하여 새로운 동력배터리 시스템의 실용화 및 대규모 적용을 실현하는 데 초점을 맞출 것이다.