Ghidul complet pentru bateriile Li-ion cilindrice: Tipuri, performanță și aplicații

Bateriile cilindrice de litiu sunt împărțite în diferite sisteme, cum ar fi fosfatul de fier-litiu, oxidul de cobalt-litiu, oxidul de mangan-litiu, hibridul cobalt-mangan și materialele ternare. Carcasa este împărțită în carcasa metalică și carcasa polimerică. Diferitele sisteme de materiale au avantaje diferite.

Listă completă a modelelor de baterii cilindrice de litiu

Model de celulă	tensiune nominală	Capacitate (mAh)	Temperatura de încărcare (°C)	Temperatura de descărcare (°C)	Curent de încărcare (A)	Curent de descărcare (A)
ICR18650 (Ternar)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (temperatură ambientală 1C)	10 A (temperatură normală 5C)
ICR18650 (Ternar)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5A (temperatură camerei 1C)	25A (temperatură camerei 10°C)
ICR18650 (Ternar)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (temperatură normală 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternar)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (temperatură normală 1C)	40A (temperatură normală 10C)
NCR18650B (Ternar)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternar)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5 c	15a
IFR26650 (Fosfat de fier litiu)	3.2v	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (temperatură ambientală 1C)	10 A (temperatură ambientală 3C)
IFR32700 (Fosfat de fier litiu)	3.2v	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (temperatură normală 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2v	3400	0~60	-10~60	2,0A	10.2A

I. Ce este o baterie cilindrică de litiu?

1. Definiția bateriei cilindrice

Bateriile cilindrice de litiu sunt clasificate în diferite sisteme, inclusiv fosfat de fier-litiu, oxid de cobalt-litiu, oxid de mangan-litiu, hibrid cobalt-mangan și materiale ternare. Carcasele sunt disponibile în variante din oțel și polimer, fiecare având propriile avantaje. În prezent, bateriile cilindrice cu fosfat de fier-litiu și carcasă din oțel sunt cele mai frecvente. Aceste baterii oferă avantaje precum capacitate mare, tensiune de ieșire ridicată, performanță bună a ciclului de încărcare-descărcare, tensiune de ieșire stabilă, posibilitatea de descărcare cu curent mare, performanță electrochimică stabilă, siguranță, gamă largă de temperaturi de funcționare și prietenos față de mediu. Sunt utilizate pe scară largă în iluminat solar, iluminat pentru gazon, surse de rezervă, unelte electrice și modele jucărie.

2. Structura bateriei cilindrice

O structură tipică a unei baterii cilindrice include: carcasă, capac, electrod pozitiv, electrod negativ, separator, electrolit, element PTC, garnitură, supapă de siguranță etc. În general, carcasa bateriei este electrodul negativ, iar capacul este electrodul pozitiv. Carcasa bateriei este realizată din oțel nichelat.

3. Avantajele bateriilor cilindrice de litiu

În comparație cu bateriile lithium în formă de plic sau prismatice, bateriile cilindrice de litiu au cea mai lungă istorie de dezvoltare, un grad mai mare de standardizare, tehnologie mai matură, randament mai ridicat și costuri mai reduse.

Proces matur de producție, costuri mici pentru asamblarea (PACK), randament ridicat al produselor și performanță bună de disipare a căldurii.

Bateriile cilindrice au stabilit o serie de specificații standardizate internațional și modele unificate, cu o tehnologie matură, potrivită pentru producție continuă în masă. Forma cilindrică are o suprafață specifică mare, ceea ce asigură o bună disipare a căldurii.

Bateriile cilindrice sunt în general baterii sigilate și nu apar probleme de întreținere în timpul utilizării.

Carcasa bateriei are o rezistență mare la presiune și nu va prezenta fenomene precum umflarea, așa cum se întâmplă la bateriile pătrate sau cele cu ambalaj moale, în timpul utilizării.

4. Materialul catodului pentru bateria cilindrică

În prezent, materialele principale ale catodului pentru bateriile cilindrice comerciale includ dioxidul de litiu-cobalt (LiCoO2), dioxidul de litiu-mangan (LiMn2O4), litiul ternar (NMC) și fosfatul de litiu-fer (LiFePO4). Diferitele sisteme de materiale au caracteristici diferite, comparate mai jos:

proiect	Dioxid de litiu-cobalt (LiCoO₂)	Litiu ternar (LiNiCoMnO₂)	Dioxid de litiu-mangan (LiMn₂O₄)	Fosfat de fier-litiu (LiFePO₄)
Densitate tap (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Suprafață specifică (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Capacitate (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Platou de tensiune (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Performanță ciclică	≥500 de ori	≥500 de ori	≥300 de ori	≥2000 de ori
Costurile Materialelor Prime	Ridicat (conținut de cobalt)	Ridicat (conține nichel și cobalt)	scăzut	scăzut
PROTECȚIA MEDIULUI	Conține cobalt (grad scăzut de prietenie cu mediul)	Conține nichel și cobalt (Protecția Mediului din China)	Nu este toxică	Nu este toxică
Performanță în materie de siguranță	Săraci	mai bun	bun	excelent
Domenii de aplicare	Baterii mici	Baterie electrică mică	Baterii pentru propulsie, baterii de cost redus	Baterii pentru propulsie/surse de alimentare cu capacitate ultra-mare
avantaj	Bateriile mici și mijlocii au o performanță stabilă	Performanță electrochimică stabilă	Resursele de mangan sunt abundente și cu costuri reduse	Siguranță ridicată și durată de viață lungă
deficiență	Prețul cobaltului este ridicat și ciclul de viață scăzut	Cobaltul și nichelul sunt scumpe	Combustibil cu densitate energetică scăzută	Performanță slabă la temperaturi joase

5. Material anodic pentru baterii cilindrice

Materialele anodice pentru baterii cilindrice pot fi împărțite în aproximativ șase tipuri: materiale anodice pe bază de carbon, materiale anodice aliaj, materiale anodice pe bază de staniu, materiale anodice pe bază de nitridă de metal tranzițional conținând litiu, materiale nanometrice și materiale anodice nano.

Materiale anodice nanometrice pe bază de carbon: În prezent, materialele anodice utilizate efectiv în bateriile cu litiu-ion sunt în mare parte materiale pe bază de carbon, precum grafit artificial, grafit natural, sfere microcristaline de carbon mezofazic, cocs de petrol, fibră de carbon, rășină pirolitică carbonizată etc.

Materialele pentru anoduri pe bază de aliaje includ aliaje pe bază de staniu, aliaje pe bază de siliciu, aliaje pe bază de germaniu, aliaje pe bază de aluminiu, aliaje pe bază de antimoniu, aliaje pe bază de magneziu și alte aliaje. În prezent, nu există produse disponibile pe piață.

Materiale pentru anoduri pe bază de staniu: Materialele pentru anoduri pe bază de staniu pot fi împărțite în două tipuri: oxizi de staniu și oxizi compuși pe bază de staniu. Oxizii se referă la oxizii staniului metalic în diverse stări de valență. În prezent, nu există produse disponibile pe piață.

În prezent, nu există materiale pentru anoduri din nitridă de metal tranzițional litiu disponibile pe piață.

Materiale nanoscopice: nanotuburi de carbon, materiale nanoaliaj.

Materiale nano-anodic: materiale nano-oxizi

 

II. Celule cilindrice de baterii litiu

1. Mărci de celule cilindrice de ion litiu

Bateriile cilindrice de litiu sunt populare printre companiile producătoare de baterii de litiu din Japonia și Coreea de Sud, iar în China există, de asemenea, un număr considerabil de companii care produc astfel de baterii. Prima baterie cilindrică de litiu a fost inventată de corporația Sony din Japonia în 1992.

Printre mărcile cunoscute de celule pentru baterii cilindrice de ion de litiu se numără: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK și Lishen.

 

2. Tipuri de celule cilindrice de ion de litiu

Celulele cilindrice de ion de litiu sunt reprezentate în mod tipic de cinci cifre. Numărând de la stânga, primele două cifre indică diametrul bateriei, cifrele trei și patru indică înălțimea bateriei, iar cifra cinci indică faptul că celula este circulară. Există multe modele de baterii cilindrice de litiu, cele mai comune fiind 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 și 32650.

① Bateria 10440:
Bateria 10440 este o baterie de litiu cu un diametru de 10 mm și o înălțime de 44 mm, aceeași dimensiune ca cea pe care o numim în mod obișnuit „baterie tip 7”. Acest tip de baterie are în general o capacitate foarte mică, doar câteva sute de mAh, fiind utilizată în principal în produse electronice miniaturizate, cum ar fi lanterne, mini-boxe și megafon.

② Baterie 14500:
Bateria 14500 este o baterie de litiu cu un diametru de 14 mm și o înălțime de 50 mm. Această baterie are în general 3,7 V sau 3,2 V, cu o capacitate nominală relativ mică, ușor mai mare decât cea a bateriei 10440, în general 1600 mAh. Are o descărcare excelentă și este utilizată în principal în electronice de consum, cum ar fi boxe wireless, jucării electrice și camere digitale.

③ Baterie 16340.
Bateria 16340 este o baterie de litiu cu un diametru de 16 mm și o înălțime de 34 mm. Din cauza înălțimii mai mici și a capacității relativ mari, acest tip de baterie se găsește frecvent în lanterne puternice, lanterne LED, lanternă capului, lumini laser și alte instalații de iluminat.

④ Baterie 18650:
Bateria 18650 este o baterie de litiu cu un diametru de 18 mm și o înălțime de 65 mm. Caracteristica sa principală este densitatea foarte mare de energie, aproape 170 Wh/kg. Prin urmare, acest tip de baterie este rentabil. Majoritatea bateriilor pe care le vedem în viața de zi cu zi sunt de acest tip, deoarece este o baterie de litiu relativ matură, cu calitate și stabilitate bună a sistemului în toate aspectele. Este utilizată pe scară largă în aplicații cu capacitate de baterie de aproximativ 10 kWh, cum ar fi telefoane mobile, laptopuri și alte dispozitive electronice mici.

⑤ Baterie 21700:
Bateria 21700 este o baterie de litiu cu un diametru de 21 mm și o înălțime de 70 mm. Datorită dimensiunii mai mari, rata de utilizare a spațiului este îmbunătățită, iar densitatea energetică a celulelor individuale și a sistemului poate fi crescută. Densitatea energetică volumetrică este mult mai mare decât cea a bateriei 18650. Este utilizată pe scară largă în produse digitale, vehicule electrice, vehicule echilibrate, lumini stradale solare cu baterie de litiu, luminile LED, unelte electrice etc.

⑥ Baterie 26650:
Bateria 26650 este o baterie de litiu cu un diametru de 26 mm și o înălțime de 65 mm. Are o tensiune nominală de 3,2 V și o capacitate nominală de 3200 mAh. Acest tip de baterie are o capacitate excelentă și o înaltă consistență, devenind treptat înlocuitorul bateriilor 18650. Multe produse din domeniul bateriilor de putere vor favoriza treptat acest tip.

⑦ Baterie 32650
Bateria 32650 este o baterie de litiu cu un diametru de 32 mm și o înălțime de 65 mm. Acest tip de baterie are o capacitate puternică de descărcare continuă, fiind astfel mai potrivit pentru jucării electrice, alimentare de rezervă, baterii UPS, sisteme de generare a energiei eoliene și sisteme hibride de generare a energiei eoliană-solară.

III. Dezvoltarea pieței bateriilor cilindrice de litiu

Progresele tehnologice în domeniul bateriilor cilindrice cu litiu provin în principal din cercetarea și aplicarea inovatoare a materialelor cheie pentru baterii. Dezvoltarea noilor materiale îmbunătățește în continuare performanța bateriilor, sporește calitatea, reduce costurile și crește siguranța. Pentru a satisface cerințele aplicațiilor din aval privind o energie specifică mai mare a bateriilor, acest lucru se realizează prin utilizarea unor materiale cu capacitate specifică ridicată și prin mărirea tensiunii de încărcare prin adoptarea unor materiale de înaltă tensiune.

Bateriile cilindrice cu litiu-ion au evoluat de la modelul 14500 la bateria Tesla 21700. Pe termen scurt și mediu, în timp ce se optimizează tehnologiile existente de baterii pentru tracțiune cu litiu-ion pentru a satisface nevoile dezvoltării la scară largă a vehiculelor electrice, accentul este pus pe dezvoltarea unor noi baterii pentru tracțiune cu litiu-ion, îmbunătățirea siguranței, consistenței și duratei de viață, precum și desfășurarea unor cercetări și dezvoltări prospective ale noilor sisteme de baterii pentru tracțiune.

Pentru dezvoltarea pe termen mediu și lung a bateriilor cilindrice cu litiu-ion, în timp ce se continuă optimizarea și îmbunătățirea bateriilor noi pentru tracțiune cu litiu-ion, vom concentra eforturile pe dezvoltarea unor noi sisteme de baterii pentru tracțiune pentru a îmbunătăți semnificativ energia specifică, a reduce considerabil costurile și a realiza aplicarea practică și la scară largă a acestor noi sisteme de baterii pentru tracțiune.