De complete gids voor cilindervormige Li-ionbatterijen: typen, prestaties en toepassingen

Cilindervormige lithiumbatterijen zijn onderverdeeld in verschillende systemen zoals lithium-ijzerfosfaat, lithium-cobaltoxide, lithium-mangaanoxide, cobalt-mangaanhybride en ternaire materialen. De behuizing is onderverdeeld in stalen behuizing en polymeerbehuizing. Verschillende materiaalsystemen hebben verschillende voordelen.

Volledige lijst van cilindrische lithiumbatterijmodellen

Celmodel	nominale spanning	Capaciteit (mAh)	Oplaadtemperatuur (°C)	Ontlaadtemperatuur (°C)	Oplaadstroom (A)	Ontlaadcourant (A)
ICR18650 (Ternair)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (kamertemperatuur 1C)	10 A (normale temperatuur 5C)
ICR18650 (Ternair)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (kamertemperatuur 1C)	25A (kamertemperatuur 10°C)
ICR18650 (Ternair)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normale temperatuur 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternair)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normale temperatuur 1C)	40A (normale temperatuur 10C)
NCR18650B (Ternair)	3,6V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternair)	3,6V	3000	0~45	-20~75	0,5c	15A
IFR26650 (Lithium-IJzerfosfaat)	3,2 V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (kamertemperatuur 1C)	10 A (kamertemperatuur 3C)
IFR32700 (Lithium-IJzerfosfaat)	3,2 V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normale temperatuur 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3,2 V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Wat is een cilindrische lithiumbatterij?

1. Definitie van cilindrische batterij

Cilindervormige lithiumbatterijen zijn onderverdeeld in verschillende systemen, waaronder lithium-ijzerfosfaat, lithium-cobaltoxide, lithium-mangaanoxide, cobalt-mangaanhybride en ternaire materialen. De behuizingen zijn verkrijgbaar in staal en polymeervorm, elk met eigen voordelen. Momenteel zijn cilindervormige lithium-ijzerfosfaatbatterijen met stalen behuizing het meest gebruikelijk. Deze batterijen bieden voordelen zoals hoge capaciteit, hoge uitgangsspanning, goede laad-/ontlaadcyclustekening, stabiele uitgangsspanning, mogelijkheid tot ontlading met hoge stroom, stabiele elektrochemische prestaties, veiligheid, breed werktemperatuurbereik en milieuvriendelijkheid. Ze worden veel gebruikt in zonneverlichting, tuinverlichting, back-upstroomvoorziening, elektrisch gereedschap en speelgoedmodellen.

2. Structuur van cilindervormige batterij

Een typische cilindrische batterijstructuur omvat: behuizing, deksel, positieve elektrode, negatieve elektrode, separator, elektrolyt, PTC-element, pakking, veiligheidsventiel, enz. Over het algemeen is de batterijbehuizing de negatieve elektrode en is het deksel de positieve elektrode. De batterijbehuizing is gemaakt van vernikkeld staal.

3. Voordelen van cilindrische lithiumbatterijen

Vergeleken met zak- en prismatische lithiumbatterijen hebben cilindrische lithiumbatterijen de langste ontwikkelingsgeschiedenis, een hogere mate van standaardisatie, meer geavanceerde technologie, hogere opbrengst en lagere kosten.

Rijpe productieproces, lage PACK-kosten, hoge batterijproductopbrengst en goede warmteafvoerprestaties.

Cilindrische batterijen hebben een reeks internationaal gestandaardiseerde specificaties en modellen opgebouwd, met een rijpe technologie die geschikt is voor massaproductie op continue basis. De cilindervorm heeft een groot specifiek oppervlak, wat zorgt voor een goede warmteafvoer.

Cilindrische batterijen zijn over het algemeen verzegelde batterijen, en er zijn geen onderhoudsproblemen tijdens het gebruik.

De batterijbehuizing heeft een hoge drukweerstand en vertoont geen verschijnselen zoals opzwellen zoals bij vierkante of softpack-batterijen tijdens het gebruik.

4. Kathodemateriaal voor cilindrische batterijen

Momenteel omvatten de gangbare commerciële kathodematerialen voor cilindrische batterijen voornamelijk lithium-cobaltoxide (LiCoO₂), lithium-mangaanoxide (LiMn₂O₄), ternair lithium (NMC) en lithium-ijzerfosfaat (LiFePO₄). Verschillende materiaalsystemen hebben verschillende eigenschappen, zoals hieronder vergeleken:

project	Lithium-cobaltoxide (LiCoO₂)	Ternair lithium (LiNiCoMnO₂)	Lithium-mangaanoxide (LiMn₂O₄)	Lithium IJzerfosfaat (LiFePO₄)
Tapdichtheid (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Specifiek oppervlak (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capaciteit (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Voltageplafond (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Cyclische prestatie	≥ 500 keer	≥ 500 keer	≥300 keer	≥2000 keer
Rauwmaterialen kosten	Hoog (kobaltgehalte)	Hoog (bevat nikkel en kobalt)	laag	laag
MILIEUBESCHERMING	Bevat kobalt (lage milieuvriendelijkheid)	Bevat nikkel en kobalt (Chinese Milieubescherming)	Niet giftig	Niet giftig
Veiligheidsprestaties	Arme	- Beter.	goed	uitstekend
Toepassingsgebieden	Kleine batterijen	Kleine stroombatterij	Stroombatterijen, goedkope batterijen	Stroombatterijen/ultragrote capaciteitsvoedingen
voordelen	Kleine en middelgrote batterijen hebben stabiele prestaties	Stabiele elektrochemische prestaties	Mangaanreserves zijn overvloedig en goedkoop	Hoge veiligheid en lange levensduur
nadelen	Hoge kobaltprijs en lage cyclustal	Kobalt en nikkel zijn duur	Laag energiedichtheid	Matige prestaties bij lage temperaturen

5. Anodemateriaal voor cilindrische batterijen

Anodematerialen voor cilindrische batterijen kunnen grofweg worden onderverdeeld in zes typen: koolstofanodematerialen, legeringsanodematerialen, tinhoudende anodematerialen, lithiumbevattende overgangsmetaalnitride-anodematerialen, nanoschaalmaterialen en nano-anodematerialen.

Nanoschaal koolstofanodematerialen: Momenteel zijn de anodematerialen die daadwerkelijk worden gebruikt in lithium-ionbatterijen grotendeels koolstofmaterialen, zoals kunstmatig grafiet, natuurlijk grafiet, mesofase koolstofmicrobollen, aardoliekoker, koolstofvezel, pyrolytisch harskoolstof, etc.

Legeringsgebaseerde anodematerialen omvatten tin-gebaseerde legeringen, silicium-gebaseerde legeringen, germanium-gebaseerde legeringen, aluminium-gebaseerde legeringen, antimoon-gebaseerde legeringen, magnesium-gebaseerde legeringen en andere legeringen. Momenteel zijn er geen commercieel beschikbare producten.

Tin-gebaseerde anodematerialen: Tin-gebaseerde anodematerialen kunnen worden onderverdeeld in twee typen: tinoxiden en tin-gebaseerde samengestelde oxiden. Oxiden verwijzen naar oxiden van metaalachtig tin in verschillende valentietoestanden. Momenteel zijn er geen commercieel beschikbare producten.

Er zijn momenteel geen commercieel beschikbare lithium-overgangsmetaalnitride anodematerialen.

Nanoschaalmaterialen: koolstofnanobuizen, nano-legeringsmaterialen.

Nano-anodematerialen: Nano-oxidenmaterialen

 

II. Cilindrische lithiumbatterijcellen

1. Merken van cilindrische lithium-ioncellen

Cilindrische lithiumbatterijen zijn populair bij lithiumbatterijbedrijven in Japan en Zuid-Korea, en er zijn ook een aanzienlijk aantal bedrijven in China die cilindrische lithiumbatterijen produceren. De eerste cilindrische lithiumbatterij werd in 1992 uitgevonden door Sony Corporation uit Japan.

Bekende merken van cilindrische lithium-ionaccu's zijn onder andere: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK en Lishen.

 

2. Typen cilindrische lithium-ioncellen

Cilindrische lithium-ioncellen worden doorgaans aangeduid met vijf cijfers. Van links af geteld geven de eerste twee cijfers de diameter van de batterij aan, de derde en vierde cijfers geven de hoogte van de batterij aan, en het vijfde cijfer geeft aan dat de cel rond is. Er bestaan veel modellen van cilindrische lithiumbatterijen, waaronder 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 en 32650.

① 10440-batterij:
De 10440-batterij is een lithiumbatterij met een diameter van 10 mm en een hoogte van 44 mm, dezelfde afmeting als wat wij doorgaans een "maat 7-batterij" noemen. Dit type batterij heeft over het algemeen een zeer kleine capaciteit, slechts een paar honderd mAh, en wordt voornamelijk gebruikt in mini-elektronische producten, zoals zaklampen, miniluidsprekers en megafoons.

② 14500-batterij:
De 14500-batterij is een lithiumbatterij met een diameter van 14 mm en een hoogte van 50 mm. Dit type batterij is over het algemeen 3,7 V of 3,2 V, met een relatief kleine nominale capaciteit, iets groter dan de 10440-batterij, meestal 1600 mAh. Het heeft uitstekende ontladingsprestaties en wordt voornamelijk gebruikt in consumentenelektronica, zoals draadloze luidsprekers, elektrische speelgoed en digitale camera's.

③ 16340-batterij.
De 16340-batterij is een lithiumbatterij met een diameter van 16 mm en een hoogte van 34 mm. Vanwege de kleinere hoogte en relatief grote capaciteit komt dit type batterij vaak voor in zaklampen met hoge lichtkracht, LED-zaklampen, hoofdlampen, laserlichten en andere verlichtingsarmaturen.

④ 18650-batterij:
De 18650-batterij is een lithiumbatterij met een diameter van 18 mm en een hoogte van 65 mm. Het grootste kenmerk is de zeer hoge energiedichtheid, bijna 170 Wh/kg. Daardoor is dit type batterij kosteneffectief. De meeste batterijen die we in het dagelijks leven tegenkomen, zijn van dit type, omdat het een relatief volwassen lithiumbatterij is met goede systeemkwaliteit en stabiliteit in alle opzichten. Het wordt veel gebruikt in toepassingen met een batterijcapaciteit van ongeveer 10 kWh, zoals in mobiele telefoons, laptops en andere kleine elektronische apparaten.

⑤ 21700-batterij:
De 21700-accu is een lithiumaccu met een diameter van 21 mm en een hoogte van 70 mm. Door de grotere afmetingen is het ruimtegebruik verbeterd, waardoor de energiedichtheid van individuele cellen en het systeem kan toenemen. De volumetrische energiedichtheid is aanzienlijk hoger dan die van de 18650-accu. Het wordt veel gebruikt in digitale producten, elektrische voertuigen, selfbalancerende voertuigen, zonne-energie straatlantaarns met lithiumaccu's, LED-lampen, elektrisch gereedschap, enz.

⑥ 26650-accu:
De 26650-accu is een lithiumaccu met een diameter van 26 mm en een hoogte van 65 mm. Deze heeft een nominale spanning van 3,2 V en een nominale capaciteit van 3200 mAh. Dit type accu beschikt over uitstekende capaciteit en hoge consistentie, en is geleidelijk aan de vervanger geworden van de 18650-accu. Veel producten op het gebied van stroomaccu's zullen dit type ook steeds vaker verkiezen.

⑦ 32650-accu
De 32650-batterij is een lithiumbatterij met een diameter van 32 mm en een hoogte van 65 mm. Dit type batterij heeft een sterke continue ontladingscapaciteit, waardoor het beter geschikt is voor elektrische speelgoed, back-upstroomvoorziening, UPS-batterijen, windenergie-opwekkingssystemen en hybride wind-zon-energiesystemen.

III. Ontwikkeling van de markt voor cilindervormige lithiumbatterijen

Vooruitgang in de technologie van cilindervormige lithium-ionbatterijen komt vooral voort uit innovatief onderzoek en toepassing van belangrijke batterijmaterialen. De ontwikkeling van nieuwe materialen verbetert de prestaties van de batterij verder, verhoogt de kwaliteit, verlaagt de kosten en verbetert de veiligheid. Om tegemoet te komen aan de eisen van downstream toepassingen voor een hogere specifieke energie van de batterij, wordt dit bereikt door het gebruik van materialen met een hoge specifieke capaciteit en door het oplaadniveau te verhogen via het gebruik van hoogspanningsmaterialen.

Cilindrische lithium-ionbatterijen zijn geëvolueerd van de 14500 naar de Tesla 21700-batterij. Op korte en middellange termijn, terwijl bestaande lithium-ion-tractionbatterijtechnologieën worden geoptimaliseerd om te voldoen aan de behoeften van de grootschalige ontwikkeling van voertuigen op nieuwe energie, richt men zich op de ontwikkeling van nieuwe lithium-ion-tractiebatterijen, met verbetering van hun veiligheid, consistentie en levensduur, en wordt er tegelijkertijd vooruitstrevend onderzoek en ontwikkeling uitgevoerd naar nieuwe tractiebatterijsystemen.

Voor de middellange en lange termijnontwikkeling van cilindrische lithium-ionbatterijen, zullen we naast het continue optimaliseren en verbeteren van nieuwe lithium-ion-tractiebatterijen, de focus leggen op de ontwikkeling van nieuwe tractiebatterijsystemen om de specifieke energie aanzienlijk te verhogen, de kosten sterk te verlagen en de praktische toepassing en grootschalige toepassing van nieuwe tractiebatterijsystemen te realiseren.