Den kompletta guiden till cylindriska Li-jonbatterier: Typer, prestanda och applikationer

Cylindriska litiumbatterier är uppdelade i olika system såsom litiumjärnfosfat, litiumkoboltoxid, litiummanganoxid, kobolt-manganhybrid och ternära material. Höljet är uppdelat i stålhölje och polymerhölje. Olika materialsystem har olika fördelar.

Komplett lista över cylindriska litiumbatterimodeller

Cellmodell	nominell spänning	Kapacitet (mAh)	Laddningstemperatur (°C)	Urladdningstemperatur (°C)	Laddningsström (A)	Utladdningsström (a)
ICR18650 (Ternär)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (rumstemperatur 1C)	10 A (normal temperatur 5C)
ICR18650 (Ternär)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (rumstemperatur 1C)	25A (rumstemperatur 10°C)
ICR18650 (Ternär)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normal temperatur 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternär)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normal temperatur 1C)	40A (normal temperatur 10C)
NCR18650B (Ternär)	3,6 V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternär)	3,6 V	3000	0~45	-20~75	0,5c	15A
IFR26650 (Litiumjärnfosfat)	3.2v	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (rumtemperatur 1C)	10 A (rumtemperatur 3C)
IFR32700 (Litiumjärnfosfat)	3.2v	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normal temperatur 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2v	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Vad är en cylindrisk litiumbatteri?

1. Definition av cylindriskt batteri

Cylindriska litiumbatterier är uppdelade i olika system, inklusive litiumjärnfosfat, litiumkoboltoxid, litiummanganoxid, kobolt-manganblandningar och ternära material. Hölkerna finns i stål- och polymertyper, var och en med sina egna fördelar. För närvarande är cylindriska litiumjärnfosfatbatterier med stålhölje de vanligaste. Dessa batterier erbjuder fördelar såsom hög kapacitet, hög uteffektspänning, god laddnings-och urladdningscykelprestanda, stabil uteffektspänning, möjlighet till urladdning med hög ström, stabil elektrokemisk prestanda, säkerhet, brett arbetsområdes temperaturområde och miljövänlighet. De används flitigt inom solbelysning, gräsmarksljus, reservkraft, elverktyg och leksaksmodeller.

2. Cylindrisk batterikonstruktion

En typisk cylinderformad batterikonstruktion inkluderar: hölje, lock, positiv elektrod, negativ elektrod, separator, elektrolyt, PTC-element, packning, säkerhetsventil etc. Vanligtvis är batterihöljet den negativa elektroden och locket den positiva elektroden. Batterihöljet är tillverkat av nickelpläterat stål.

3. Fördelar med cylindriska litiumbatterier

Jämfört med plåstår- och fyrkantsformade litiumbatterier har cylindriska litiumbatterier den längsta utvecklingshistoriken, en högre grad av standardisering, mer mogna tekniker, högre produktionssyvra och lägre kostnad.

Mogen produktionsprocess, låg PACK-kostnad, hög batteriproduktionsutbyte och god värmeavledningsprestanda.

Cylindriska batterier har etablerat en serie internationellt enhetliga standarder och modeller, med mogen teknik lämplig för massproduktion i kontinuerlig process. Den cylindriska formen har en stor specifik yta, vilket ger god värmeavledning.

Cylindriska batterier är i allmänhet förseglade batterier, och det finns inga underhållsproblem under användning.

Batterifodralet har hög tryckmotstånd och kommer inte att uppvisa fenomen som svällning, såsom hos fyrkantiga eller mjukpåsarbatterier under användning.

4. Katodmaterial för cylindriskt batteri

För närvarande inkluderar de dominerande kommersiella katodmaterialen för cylindriska batterier främst litiumkoboltoxid (LiCoO₂), litiummanganoxid (LiMn₂O₄), ternär litium (NMC) och litiumjärnfosfat (LiFePO₄). Olika materialsystem har olika egenskaper, enligt jämförelsen nedan:

projekt	Litiumkoboltoxid (LiCoO₂)	Ternärlitium (LiNiCoMnO₂)	Litiummanganoxid (LiMn₂O₄)	Litiumjärnfosfat (LiFePO₄)
Packad densitet (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Specifik ytarea (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Kapacitet (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Spänningsplattform (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Cyklisk prestanda	≥500 gånger	≥500 gånger	≥300 gånger	≥ 2000 gånger
Råmaterialskostnader	Hög (koboltinnehåll)	Hög (innehåller nickel och kobolt)	låg	låg
MILJÖSKYDD	Innehåller kobolt (låg miljövänlighet)	Innehåller nickel och kobolt (Kina Miljöskydd)	Rörelsefri	Rörelsefri
Säkerhet	-Fattiga.	bättre	bra	excellent
Tillämpningsområden	Små batterier	Liten drivbatteri	Drivbatterier, lågkostnadsbatterier	Drivbatterier/stora effektsystem
fördel	Små och medelstora batterier har stabil prestanda	Stabil elektrokemisk prestanda	Manganresurser är rikliga och låga i kostnad	Hög säkerhet och lång livslängd
nackdel	Hög koboltpris och kort cykellevtid	Kobolt och nickel är dyra	Låg energitäthet	Dålig prestanda vid låga temperaturer

5. Anodmaterial för cylindriska batterier

Anodmaterial för cylindriska batterier kan grovt delas in i sex typer: kolbaserade anodmaterial, legeringsanodmaterial, tinnbaserade anodmaterial, litiuminnehållande övergångsmetallnitrid-anodmaterial, nanoskaleliga material och nano-anodmaterial.

Kolnanoskaliga anodmaterial: För närvarande är de anodmaterial som faktiskt används i litiumjonbatterier i huvudsak kolmaterial, såsom syntetiskt grafit, naturligt grafit, mesofas-kolmikrosfärer, petrolejkoks, kolfiber, pyrolytisk harpkol, etc.

Legeringsbaserade anodmaterial inkluderar tinnbaserade legeringar, siliciumbaserade legeringar, germaniumbaserade legeringar, aluminiumbaserade legeringar, antimonbaserade legeringar, magnesiumbaserade legeringar och andra legeringar. För närvarande finns det inga kommersiellt tillgängliga produkter.

Tinnbaserade anodmaterial: Tinnbaserade anodmaterial kan delas in i två typer: tinoxider och tinnbaserade sammansatta oxider. Oxider avser oxider av metalliskt tenn i olika valensstater. För närvarande finns det inga kommersiellt tillgängliga produkter.

Det finns för närvarande inga kommersiellt tillgängliga anodmaterial av litiumövergångsmetallnitrid.

Nanoskaliga material: kolnanorör, nano-legeringsmaterial.

Nano-anodmaterial: Nano-oxidmaterial

 

II. Cylindriska litiumbattericeller

1. Cylindriska litiumjoncellmärken

Cylindriska litiumbatterier är populära bland litiumbatteriföretag i Japan och Sydkorea, och det finns även ett betydande antal företag i Kina som tillverkar cylindriska litiumbatterier. Det första cylindriska litiumbatteriet uppfanns av Sony Corporation i Japan 1992.

Kända märken för cylindriska litiumjonceller inkluderar: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK och Lishen.

 

2. Typer av cylindriska litiumjonceller

Cylindriska litiumjonceller representeras vanligtvis av fem siffror. Räknat från vänster anger de två första siffrorna batteriets diameter, den tredje och fjärde siffran anger batteriets höjd, och den femte siffran indikerar att cellen är cirkulär. Det finns många modeller av cylindriska litiumbatterier, med vanliga exempel som 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 och 32650.

① 10440-batteri:
10440-batteriet är ett litiumbatteri med en diameter på 10 mm och en höjd på 44 mm, samma storlek som det vi vanligtvis kallar för "storlek 7-batteri". Denna typ av batteri har i allmänhet en mycket liten kapacitet, endast några hundra mAh, och används främst i miniatyra elektronikprodukter, såsom ficklampor, miniljudsystem och megafoner.

② 14500-batteri:
14500-batteriet är ett litiumbatteri med en diameter på 14 mm och en höjd på 50 mm. Denna typ av batteri är i allmänhet 3,7 V eller 3,2 V, med en relativt liten nominell kapacitet, något större än 10440-batteriet, vanligtvis 1600 mAh. Det har excellent urladdningsprestanda och används främst i konsumentelektronik, såsom trådlösa högtalare, eldrivna leksaker och digitalkameror.

③ 16340-batteri.
Batteriet 16340 är ett litiumbatteri med en diameter på 16 mm och en höjd på 34 mm. På grund av sin kortare höjd och relativt stora kapacitet används denna typ av batteri ofta i kraftfulla ficklampor, LED-ficklampor, huvlampar, laserljus och annan belysning.

④ 18650-batteri:
18650-batteriet är ett litiumbatteri med en diameter på 18 mm och en höjd på 65 mm. Dess främsta egenskap är den mycket höga energitätheten, som är nästan 170 Wh/kg. Därför är denna typ av batteri kostnadseffektiv. De flesta batterier vi ser i vardagen är av denna typ eftersom det är en relativt mogen litiumbatterityp med god systemkvalitet och stabilitet i alla avseenden. Den används flitigt i batterikapacitetsapplikationer på cirka 10 kWh, till exempel i mobiltelefoner, bärbara datorer och andra små elektroniska enheter.

⑤ 21700-batteri:
21700-batteriet är ett litiumbatteri med en diameter på 21 mm och en höjd på 70 mm. På grund av sin ökade storlek förbättras utnyttjandegraden av utrymmet, och energitätheten i enskilda celler och system kan ökas. Dess volymetriska energitäthet är mycket högre än hos 18650-batteriet. Det används brett inom digitala produkter, elfordon, balansfordon, solcellsdrivna gatlyktor, LED-lampor, elverktyg m.m.

⑥ 26650-batteri:
26650-batteriet är ett litiumbatteri med en diameter på 26 mm och en höjd på 65 mm. Det har en nominell spänning på 3,2 V och en nominell kapacitet på 3200 mAh. Denna typ av batteri har utmärkt kapacitet och hög konsekvens, och har successivt blivit ersättaren till 18650-batterier. Många produkter inom kraftbatteriområdet kommer också alltmer att föredra denna typ.

⑦ 32650-batteri
32650-batteriet är en litiumbatteri med en diameter på 32 mm och en höjd på 65 mm. Denna typ av batteri har en stark kontinuerlig urladdningsförmåga, vilket gör att det är mer lämpligt för eldrivna leksaker, reservkraft, UPS-batterier, vindkraftverkssystem och hybridkraftsystem för vind- och solenergi.

III. Utveckling av marknaden för cylindriska litiumbatterier

Framsteg inom tekniken för cylindriska litiumjonbatterier kommer främst från innovativ forskning och tillämpning av viktiga batterimaterial. Utvecklingen av nya material förbättrar ytterligare batteriets prestanda, förbättrar kvaliteten, minskar kostnaderna och ökar säkerheten. För att möta efterfrågan från nedströmsapplikationer på högre specifik energi uppnås detta genom användning av material med hög specifik kapacitet samt genom att öka laddningsspänningen med hjälp av material för hög spänning.

Cylindriska litiumjonbatterier har utvecklats från 14500 till Teslas 21700-batteri. I nära och medellång sikt, samtidigt som befintliga litiumjonbatteriteknologier för fordon optimeras för att möta behoven av storskalig utveckling av elfordon, fokuserar man på att utveckla nya litiumjonbatterier, förbättra deras säkerhet, konsekvens och livslängd samt parallellt bedriva framåtblickande forskning och utveckling av nya elbatterisystem.

För den medel- och långsiktiga utvecklingen av cylindriska litiumjonbatterier kommer man, samtidigt som man kontinuerligt optimerar och förbättrar nya litiumjonbatterier, att fokusera på att utveckla nya elbatterisystem för att avsevärt förbättra specifik energi, kraftigt minska kostnader och möjliggöra praktisk användning och storskalig implementering av nya elbatterisystem.