O Guia Completo sobre Baterias Li-ion Cilíndricas: Tipos, Desempenho e Aplicações

As baterias de lítio cilíndricas são divididas em diferentes sistemas, como fosfato de ferro e lítio, óxido de cobalto e lítio, óxido de manganês e lítio, híbrido cobalto-manganês e materiais ternários. O invólucro é dividido em invólucro de aço e invólucro polimérico. Diferentes sistemas de materiais apresentam vantagens distintas.

Lista completa dos modelos de baterias de lítio cilíndricas

Modelo celular	tensão nominal	Capacidade (mAh)	Temperatura de carregamento (°C)	Temperatura de descarregamento (°C)	Corrente de carregamento (A)	Corrente de descarga (A)
ICR18650 (Ternário)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (temperatura ambiente 1C)	10 A (temperatura normal 5C)
ICR18650 (Ternário)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (temperatura ambiente 1C)	25A (temperatura ambiente 10°C)
ICR18650 (Ternário)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (temperatura normal 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternário)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (temperatura normal 1C)	40A (temperatura normal 10C)
NCR18650B (Ternário)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternário)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5 c	15a
IFR26650 (Fosfato de Ferro e Lítio)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2A (temperatura ambiente 1C)	10A (temperatura ambiente 3C)
IFR32700 (Fosfato de Ferro e Lítio)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0A (temperatura normal 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2,0A	10.2A

I. O que é uma bateria cilíndrica de lítio?

1. Definição de bateria cilíndrica

As baterias cilíndricas de lítio são classificadas em diferentes sistemas, incluindo fosfato de ferro e lítio, óxido de cobalto e lítio, óxido de manganês e lítio, híbrido cobalto-manganês e materiais ternários. As carcaças estão disponíveis nos tipos aço e polímero, cada uma com suas próprias vantagens. Atualmente, as baterias cilíndricas de fosfato de ferro e lítio com carcaça de aço são as mais comuns. Essas baterias oferecem vantagens como alta capacidade, alta tensão de saída, bom desempenho em ciclos de carga-descarga, tensão de saída estável, capacidade de descarga com corrente elevada, desempenho eletroquímico estável, segurança, amplo intervalo de temperatura de operação e baixo impacto ambiental. São amplamente utilizadas em iluminação solar, iluminação de jardim, energia de backup, ferramentas elétricas e modelos de brinquedos.

2. Estrutura da bateria cilíndrica

Uma estrutura típica de bateria cilíndrica inclui: invólucro, tampa, eletrodo positivo, eletrodo negativo, separador, eletrólito, elemento PTC, vedação, válvula de segurança, etc. Geralmente, o invólucro da bateria é o eletrodo negativo, e a tampa é o eletrodo positivo. O invólucro da bateria é feito de aço niquelado.

3. Vantagens das baterias cilíndricas de lítio

Em comparação com as baterias de lítio em formato pouch e prismáticas, as baterias cilíndricas de lítio possuem a história de desenvolvimento mais longa, maior grau de padronização, tecnologia mais madura, maior taxa de rendimento e menor custo.

Processo de produção maduro, baixo custo de montagem (PACK), alto rendimento do produto da bateria e bom desempenho de dissipação de calor.

As baterias cilíndricas já estabeleceram uma série de especificações e modelos padronizados internacionalmente, com tecnologia madura adequada para produção contínua em massa. A forma cilíndrica possui uma grande área superficial específica, resultando em boa dissipação de calor.

As baterias cilíndricas são geralmente baterias seladas e não apresentam problemas de manutenção durante o uso.

A carcaça da bateria possui alta resistência à pressão e não exibirá fenômenos como inchaço, como ocorre em baterias quadradas ou de embalagem flexível durante o uso.

4. Material catódico da bateria cilíndrica

Atualmente, os materiais catódicos principais de baterias cilíndricas comerciais incluem óxido de cobalto de lítio (LiCoO₂), óxido de manganês de lítio (LiMn₂O₄), lítio ternário (NMC) e fosfato de ferro e lítio (LiFePO₄). Diferentes sistemas de materiais possuem características distintas, conforme comparado abaixo:

projeto	Óxido de cobalto de lítio (LiCoO₂)	Lítio ternário (LiNiCoMnO₂)	Óxido de manganês de lítio (LiMn₂O₄)	Fosfato de Ferro-Lítio (LiFePO₄)
Densidade de Tapação (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Área superficial específica (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capacidade (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Plataforma de tensão (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Desempenho cíclico	≥ 500 vezes	≥ 500 vezes	≥300 vezes	≥2000 vezes
Custos de Matéria-Prima	Alto (conteúdo de cobalto)	Alto (contendo níquel e cobalto)	baixa	baixa
PROTEÇÃO AMBIENTAL	Contém cobalto (baixa amigabilidade ambiental)	Contém níquel e cobalto (Proteção Ambiental da China)	Não tóxico	Não tóxico
Desempenho de segurança	Ruim	melhor	boa	excelente
Áreas de Aplicação	Baterias pequenas	Bateria pequena de potência	Baterias de potência, baterias de baixo custo	Baterias de potência/fontes de alimentação de ultra alta capacidade
vantagem	Baterias de pequeno e médio porte têm desempenho estável	Desempenho eletroquímico estável	Os recursos de manganês são abundantes e de baixo custo	Alta segurança e longa vida útil
desvantagem	Preço elevado do cobalto e baixa vida cíclica	Cobalto e níquel são caros	Baixa densidade energética	Desempenho fraco em baixas temperaturas

5. Material anódico para baterias cilíndricas

Os materiais anódicos para baterias cilíndricas podem ser divididos aproximadamente em seis tipos: materiais anódicos de carbono, materiais anódicos de liga, materiais anódicos à base de estanho, materiais anódicos de nitreto de metal de transição contendo lítio, materiais em escala nanométrica e materiais anódicos nanoestruturados.

Materiais anódicos nanoscópicos de carbono: Atualmente, os materiais anódicos efetivamente utilizados em baterias de íon de lítio são basicamente materiais de carbono, como grafite artificial, grafite natural, microesferas de carbono mesofásico, coque de petróleo, fibra de carbono, carbono de resina pirogênica, etc.

Materiais de ânodo à base de ligas incluem ligas à base de estanho, ligas à base de silício, ligas à base de germânio, ligas à base de alumínio, ligas à base de antimônio, ligas à base de magnésio e outras ligas. Atualmente, não existem produtos comercialmente disponíveis.

Materiais de ânodo à base de estanho: Os materiais de ânodo à base de estanho podem ser divididos em dois tipos: óxidos de estanho e óxidos compostos à base de estanho. Óxidos referem-se aos óxidos de estanho metálico em diversos estados de valência. Atualmente, não existem produtos comercialmente disponíveis.

Atualmente, não existem materiais de ânodo de nitreto de metal de transição lítico comercialmente disponíveis.

Materiais em escala nanométrica: nanotubos de carbono, materiais de nano-liga.

Materiais de ânodo nano: materiais de nano-óxido

 

II. Células de Bateria de Lítio Cilíndricas

1. Marcas de células cilíndricas de íon lítio

As baterias cilíndricas de lítio são populares entre empresas de baterias de lítio no Japão e na Coreia do Sul, e também há um número considerável de empresas na China que produzem baterias cilíndricas de lítio. A primeira bateria cilíndrica de lítio foi inventada pela Sony Corporation do Japão em 1992.

Marcas conhecidas de células de baterias íon-lítio cilíndricas incluem: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK e Lishen.

 

2. Tipos de células íon-lítio cilíndricas

As células íon-lítio cilíndricas são normalmente representadas por cinco dígitos. Contando da esquerda para a direita, os dois primeiros dígitos indicam o diâmetro da bateria, os terceiro e quarto dígitos indicam a altura da bateria, e o quinto dígito indica que a célula é circular. Existem muitos modelos de baterias cilíndricas de lítio, sendo comuns os modelos 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 e 32650.

① Bateria 10440:
A bateria 10440 é uma bateria de lítio com diâmetro de 10 mm e altura de 44 mm, o mesmo tamanho do que geralmente chamamos de "bateria tamanho 7". Este tipo de bateria geralmente tem uma capacidade muito pequena, apenas algumas centenas de mAh, e é usado principalmente em produtos eletrônicos miniatura, como lanternas, mini alto-falantes e megafones.

② Bateria 14500:
A bateria 14500 é uma bateria de lítio com diâmetro de 14 mm e altura de 50 mm. Este tipo de bateria é geralmente 3,7 V ou 3,2 V, com uma capacidade nominal relativamente pequena, um pouco maior que a da bateria 10440, geralmente 1600 mAh. Possui excelente desempenho de descarga e é usada principalmente em eletrônicos de consumo, como alto-falantes sem fio, brinquedos elétricos e câmeras digitais.

③ Bateria 16340.
A bateria 16340 é uma bateria de lítio com diâmetro de 16 mm e altura de 34 mm. Devido à sua altura menor e capacidade relativamente grande, este tipo de bateria é frequentemente encontrado em lanternas potentes, lanternas LED, lanternas de cabeça, luzes laser e outras luminárias.

④ Bateria 18650:
A bateria 18650 é uma bateria de lítio com diâmetro de 18 mm e altura de 65 mm. A sua principal característica é a densidade energética muito alta, quase 170 Wh/kg. Portanto, este tipo de bateria é economicamente vantajosa. A maioria das baterias que vemos no dia a dia é deste tipo, pois é uma bateria de lítio relativamente madura, com boa qualidade e estabilidade do sistema em todos os aspectos. É amplamente utilizada em aplicações de capacidade de bateria de cerca de 10 kWh, como em telefones celulares, laptops e outros dispositivos eletrônicos pequenos.

⑤ Bateria 21700:
A bateria 21700 é uma bateria de lítio com diâmetro de 21 mm e altura de 70 mm. Devido ao seu tamanho aumentado, a taxa de utilização do espaço é melhorada, e a densidade energética das células individuais e do sistema pode ser aumentada. A sua densidade energética volumétrica é muito mais alta do que a da bateria 18650. É amplamente utilizada em produtos digitais, veículos elétricos, veículos de equilíbrio, luminárias de rua solares com bateria de lítio, luzes LED, ferramentas elétricas, etc.

⑥ Bateria 26650:
A bateria 26650 é uma bateria de lítio com diâmetro de 26 mm e altura de 65 mm. Tem uma tensão nominal de 3,2 V e uma capacidade nominal de 3200 mAh. Este tipo de bateria possui excelente capacidade e alta consistência, e tem se tornado gradualmente a substituta das baterias 18650. Muitos produtos no campo das baterias de potência também tenderão progressivamente para este tipo.

⑦ Bateria 32650
A bateria 32650 é uma bateria de lítio com diâmetro de 32 mm e altura de 65 mm. Esse tipo de bateria possui uma forte capacidade de descarga contínua, sendo assim mais adequado para brinquedos elétricos, energia de reserva, baterias de UPS, sistemas de geração de energia eólica e sistemas híbridos de geração de energia eólica e solar.

III. Desenvolvimento do Mercado de Baterias de Lítio Cilíndricas

Os avanços na tecnologia de baterias cilíndricas de íons de lítio decorrem principalmente da pesquisa e aplicação inovadoras de materiais-chave para baterias. O desenvolvimento de novos materiais melhora ainda mais o desempenho da bateria, aprimora a qualidade, reduz custos e aumenta a segurança. Para atender às demandas das aplicações downstream por maior densidade energética específica das baterias, isso é alcançado por meio do uso de materiais com alta capacidade específica e pelo aumento da tensão de carregamento mediante a adoção de materiais de alta tensão.

As baterias cilíndricas de íon-lítio evoluíram da 14500 até a bateria Tesla 21700. No curto e médio prazo, enquanto se otimizam as tecnologias existentes de baterias de íon-lítio para atender às necessidades do desenvolvimento em larga escala dos veículos elétricos, o foco está no desenvolvimento de novas baterias de íon-lítio, na melhoria de sua segurança, consistência e vida útil, além de realizar pesquisas e desenvolvimentos prospectivos de novos sistemas de baterias.

Para o desenvolvimento de médio e longo prazo das baterias cilíndricas de íon-lítio, enquanto se continua a otimizar e aprimorar as novas baterias de íon-lítio, o foco será no desenvolvimento de novos sistemas de baterias para melhorar significativamente a energia específica, reduzir drasticamente os custos e viabilizar a aplicação prática e em larga escala de novos sistemas de baterias.