Potpun vodič kroz cilindrične litijum-jonske baterije: tipovi, performanse i primena

Cilindrične litijum-baterije dele se na različite sisteme kao što su litijum gvožđe fosfat, litijum kobalt oksid, litijum mangan oksid, hibrid kobalta i mangana i ternarni materijali. Kućište se deli na čelično kućište i polimerno kućište. Različiti materijalni sistemi imaju različite prednosti.

Потпун списак модела цилиндричних литијумских батерија

Model ćelije	nominalni napon	Капацитет (mAh)	Температура пуњења (°C)	Температура испражњавања (°C)	Струја пуњења (A)	Струја испуштања (А)
ICR18650 (Троструки)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (собна температура 1C)	10 A (нормална температура 5C)
ICR18650 (Троструки)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (собна температура 1C)	25A (sobna temperatura 10°C)
ICR18650 (Троструки)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normalna temperatura 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternarno)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normalna temperatura 1C)	40A (normalna temperatura 10C)
NCR18650B (Ternarno)	3.6В	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternarno)	3.6В	3000	0~45	-20~75	0.5C	15A
IFR26650 (Litiјum gvožđe fosfat)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2A (sobna temperatura 1C)	10A (sobna temperatura 3C)
IFR32700 (Litiјum gvožđe fosfat)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0A (normalna temperatura 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Šta je cilindrični litiјumski akumulator?

1. Definicija cilindričnog akumulatora

Цилиндричне литијумске батерије се класификују у различите системе, укључујући литијум-гвожђе-фосфат, литијум-кобалт-оксид, литијум-манган-оксид, хибрид кобалта и мангана и тернарне материјале. Кућишта су доступна у челичним и полимерним типовима, свако са својим предностима. Тренутно, најчешће су цилиндричне литијум-железо-фосфатне батерије са челичним кућиштем. Ове батерије имају предности као што су висок капацитет, висок излазни напон, добра перформанса циклуса пуњења и пражњења, стабилан излазни напон, могућност испоруке високе струје, стабилна електрохемијска перформанса, безбедност, широк радни опсег температуре и пријатељство према животној средини. Широко се користе у соларном осветљењу, осветљењу травњака, резервном напајању, електро алатима и играчкама моделима.

2. Структура цилиндричне батерије

Типична цилиндрична структура батерије укључује: кућиште, капицу, позитивну електроду, негативну електроду, сепаратор, електролит, PTC елемент, заптивку, сигурносни вентил итд. Генерално, кућиште батерије је негативна електрода, а капица је позитивна електрода. Кућиште батерије је направљено од поцинчаног челика.

3. Предности цилиндричних литијумских батерија

У поређењу са флексибилним и призматичним литијумским батеријама, цилиндричне литијумске батерије имају најдужу историју развоја, виши степен стандардизације, зрељу технологију, већу стопу исправних производа и нижу цену.

Зрео процес производње, ниска цена паковања, висок проценат исправних батерија и добра перформанса расипања топлоте.

Цилиндричне батерије су успоставиле серију међународно уједначених стандардних спецификација и модела, са зрелом технологијом погодном за масовну континуирану производњу. Цилиндрични облик има велику специфичну површину, што резултира добром дисипацијом топлоте.

Цилиндричне батерије су углавном запечачене батерије, а током употребе не постоје проблеми везани за одржавање.

Кућиште батерије има висок отпор на притисак и неће показивати појаве попут набубрења као што се може видети код квадратних или меких пакетних батерија током употребе.

4. Катодни материјал цилиндричне батерије

Тренутно, уобичајени комерцијални катодни материјали за цилиндричне батерије укључују литијум-кобалт оксид (LiCoO₂), литијум-манган оксид (LiMn₂O₄), тернарни литијум (NMC) и литијум-гвожђе-фосфат (LiFePO₄). Различити материјални системи имају различите карактеристике, као што је упоређено испод:

projekat	Литијум-кобалт оксид (LiCoO₂)	Тернарни литијум (LiNiCoMnO₂)	Литијум-манган оксид (LiMn₂O₄)	Litijum gvožđe fosfat (LiFePO₄)
Густинa насипа (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Специфична површина (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Капацитет (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Напонска плато (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Циклични перформанси	≥500 puta	≥500 puta	≥300 пута	≥2000 пута
Трошкови сировина	Висок (садржај кобалта)	Висок (садржи никл и кобалт)	nizak	nizak
Заштита животне средине	Садржи кобалт (ниска еколошка пријатељскост)	Садржи никл и кобалт (Кинеска заштита животне средине)	Нетоксичан	Нетоксичан
Sigurnosna performans	Loše	bolje	dobar	одлично
Oblasti primene	Мали батерије	Мала батерија за напајање	Батерије за погон, батерије нискe цене	Батерије за погон/снажни извори струје уз веома велики капацитет
prednost	Мале и средње батерије имају стабилан рад	Стабилни електрохемијски перформанси	Ресурси манганa су обилни и ниске цене	Висока сигурност и дуг век трајања
nedostatak	Висока цена кобалта и низак број циклуса	Кобалт и никл су скупи	Ниска густина енергије	Лоши перформанси на ниским температурама

5. Анодни материјал за цилиндричне батерије

Анодни материјали за цилиндричне батерије могу се грубо поделити на шест типова: анодни материјали на бази угљеника, анодни материјали на бази легура, анодни материјали на бази калаја, анодни материјали на бази литијумских преходних металних нитрида, наноструктурирани материјали и нано анодни материјали.

Материјали за аноду на нано-карбонској скали: Тренутно, материјали за аноду који се заправо користе у литијум-јонским батеријама у основи су карбонски материјали, као што су вештачки графит, природни графит, микросфере мезофазног угљеника, петролеумски кокс, угљенично влакно, графитизовани смолasti угљеник итд.

Анодни материјали засновани на легурама укључују легуре на бази калаја, легуре на бази силицијума, легуре на бази германијума, легуре на бази алуминијума, легуре на бази антимона, легуре на бази магнезијума и друге легуре. Тренутно не постоје комерцијално доступни производи.

Анодни материјали на бази калаја: Анодни материјали на бази калаја могу се поделити на две врсте: оксиде калаја и композитне оксиде засноване на калају. Оксиди се односе на оксиде металног калаја у различитим валентним стањима. Тренутно не постоје комерцијално доступни производи.

Тренутно не постоје комерцијално доступни материјали за аноду од литијумских преходних металних нитрида.

Наноматеријали: наноцеви од угљеника, нано-легурани материјали.

Нано-анодни материјали: Нано-оксидни материјали

 

II. Цилиндричне ћелије литијумске батерије

1. Брендови цилиндричних ћелија литијум-јонских батерија

Цилиндричне литијумске батерије популарне су међу компанијама за литијумске батерије у Јапану и Јужној Кореји, а постоји знатан број компанија у Кини које производе цилиндричне литијумске батерије. Прву цилиндричну литијумску батерију измислила је 1992. године корпорација Сони из Јапана.

Познати брендови цилиндричних ћелија литијум-јонских батерија укључују: Сони, Панасоник, Санјо, Самсунг, ЛГ, Ванксианг А123, БАК и Лишен.

 

2. Врсте цилиндричних ћелија литијум-јонских батерија

Цилиндричне ћелије литијум-јонских батерија обично су представљене пет цифара. Раچунајући с леве стране, прве две цифре означавају пречник батерије, трећа и четврта цифра означавају висину батерије, а пета цифра означава да је ћелија кружног облика. Постоји много модела цилиндричних литијумских батерија, а чести су 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 и 32650.

① Батерија 10440:
Батерија 10440 је литијумска батерија пречника 10мм и висине 44мм, исте величине као оно што обично називамо "батеријом величине 7". Ова врста батерије генерално има веома мали капацитет, само неколико стотина mAh, и користи се у мини електронским производима, као што су батерије, мини звучници и мегафони.

② Батерија 14500:
Батерија 14500 је литијумска батерија пречника 14мм и висине 50мм. Ова врста батерије је генерално 3,7V или 3,2V, са релативно малим номиналним капацитетом, нешто већим од батерије 10440, генерално 1600mAh. Има изузетне перформансе испоруке и користи се у потрошачкој електроници, као што су безжични звучници, електричне играчке и дигитални фотоапарати.

③ Батерија 16340.
Батерија 16340 је литијумска батерија пречника 16мм и висине 34мм. Због своје краће висине и релативно велике капацитивности, овај тип батерије често се користи у јаким фенкерима, LED фенкерима, главним лампама, ласерским светиљкама и другим осветљењима.

④ Батерија 18650:
Батерија 18650 је литијумска батерија пречника 18мм и висине 65мм. Највећа карактеристика је веома висока густина енергије, која износи готово 170 Wh/kg. Стога је овај тип батерије економичан. Већина батерија које видимо у свакодневном животу је управо овог типа, јер је реч о релативно зрелој литијумској батерији са добром квалитетом система и стабилношћу у свим аспекти. Широко се користи у апликацијама капацитета батерија око 10 kWh, као што су мобилни телефони, лаптопови и друга мала електронска уређаји.

⑤ Батерија 21700:
Батерија 21700 је литијумска батерија пречника 21мм и висине 70мм. Због веће величине, побољшана је искоришћеност простора, као и енергетска густина појединачних ћелија и система. Њена запреминска густина енергије је знатно већа у односу на батерију 18650. Широко се користи у дигиталним производима, електричним возилима, возилима на балансу, соларним уличним светиљкама са литијумским батеријама, LED светиљкама, алатима на струју итд.

⑥ Батерија 26650:
Батерија 26650 је литијумска батерија пречника 26мм и висине 65мм. Има номинални напон од 3,2V и номинални капацитет од 3200mAh. Ова врста батерије поседује изузетан капацитет и висок степен конзистентности, па је постепено постала замена за 18650 батерије. Многи производи у области батерија за погон постепено су почели да преферирају управо овај тип.

⑦ Батерија 32650
Батерија 32650 је литијумска батерија пречника 32мм и висине 65мм. Ова врста батерије има јаку способност непрекидног испуштања, па је због тога погоднија за електричне играчке, резервно напајање, УПС батерије, системе производње струје ветром и хибридне системе производње струје ветром и сунцем.

III. Развој тржишта цилиндричних литијумских батерија

Напредак у технологији цилиндричних литијум-јонских батерија настао је углавном као резултат иновативних истраживања и примена кључних материјала за батерије. Развој нових материјала даље побољшава перформансе батерија, повећава квалитет, смањује трошкове и побољшава безбедност. Да би се задовољиле захтеве доњих ланца примене за већом специфичном енергијом батерија, ово се постиже коришћењем материјала са високом специфичном капацитетом и повећањем напона пушења усвајањем материјала за високи напон.

Cilindrične litijum-jonske baterije su se razvile od 14500 do Tesline 21700 baterije. U bliskoj i srednjoročnoj perspektivi, dok se optimizuju postojeće tehnologije litijum-jonskih pogonskih baterija kako bi zadovoljile potrebe velikog razvoja vozila na obnovljivu energiju, fokus je na razvoju novih litijum-jonskih pogonskih baterija, poboljšanju njihove bezbednosti, konzistentnosti i veka trajanja, uz istovremeno vođenje prethodno usmerene istraživačko-razvojne aktivnosti za nove sisteme pogonskih baterija.

Za srednjoročni i dugoročni razvoj cilindričnih litijum-jonskih baterija, dok se kontinuirano optimizuju i unapređuju nove litijum-jonske pogonske baterije, fokus će biti na razvoju novih sistema pogonskih baterija kako bi se značajno poboljšala specifična energija, drastično smanjili troškovi i ostvarila praktična i velikoskalna primena novih sistema pogonskih baterija.