Silindirik Li-iyon Bataryaların Kapsamlı Rehberi: Türler, Performans ve Uygulamalar

Silindirik lityum bataryalar, lityum dem fosfat, lityum kobalt oksit, lityum mangan oksit, kobalt-manganez hibrit ve üçlü malzemeler gibi farklı sistemlere ayrılır. Kılıf ise çelik kılıf ve polimer kılıf olmak üzere ikiye ayrılır. Farklı malzeme sistemlerinin farklı avantajları vardır.

Silindirik lityum pil modellerinin tam listesi

Hücre modeli	nominal voltaj	Kapasite (mAh)	Şarj sıcaklığı (°C)	Deşarj sıcaklığı (°C)	Şarj akımı (A)	Serbestleme akımı (a)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2 A (oda sıcaklığında 1C)	10 A (normal sıcaklıkta 5C)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5 A (oda sıcaklığında 1C)	25A (oda sıcaklığı 10°C)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (normal sıcaklık 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Ternary)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (normal sıcaklık 1C)	40A (normal sıcaklık 10C)
NCR18650B (Ternary)	3.6V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Ternary)	3.6V	3000	0~45	-20~75	0.5c	15A
IFR26650 (Lityum Demir Fosfat)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2 A (oda sıcaklığında 1C)	10 A (oda sıcaklığında 3C)
IFR32700 (Lityum Demir Fosfat)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0 A (normal sıcaklıkta 1C)	25 A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

Ben. Silindirik lityum pil nedir?

1. Silindirik pilin tanımı

Silindirik lityum piller, lityum dem fosfat, lityum kobalt oksit, lityum mangan oksit, kobalt-manganez hibrit ve üçlü malzemeler dahil olmak üzere farklı sistemlere sınıflandırılır. Kılıflar çelik ve polimer tiplerinde mevcuttur ve her birinin kendine özgü avantajları vardır. Günümüzde en yaygın olanı çelik kılıflı silindirik lityum dem fosfat pillerdir. Bu piller yüksek kapasite, yüksek çıkış voltajı, iyi şarj-deşarj çevrim performansı, stabil çıkış voltajı, yüksek akım deşarj kabiliyeti, stabil elektrokimyasal performans, güvenlik, geniş çalışma sıcaklık aralığı ve çevre dostu olması gibi avantajlara sahiptir. Güneşli aydınlatma, çim alanı aydınlatması, yedek güç, elektrikli el aletleri ve oyuncak modelleri gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.

2. Silindirik pil yapısı

Tipik bir silindirik pil yapısı şunları içerir: kap, kapak, pozitif elektrot, negatif elektrot, ayırıcı, elektrolit, PTC elemanı, conta, güvenlik valfi vb. Genellikle pil kabı negatif elektrot, kapak ise pozitif elektrottur. Pil kabı nikel kaplı çelikten yapılmıştır.

3. Silindirik lityum pillerin avantajları

Kılıf ve prizmatik lityum pillerle karşılaştırıldığında silindirik lityum pillerin en uzun gelişim geçmişi, daha yüksek standartlaşma düzeyi, daha olgun teknoloji, daha yüksek verim oranı ve daha düşük maliyeti vardır.

Olgun üretim süreci, düşük PACK maliyeti, yüksek pil ürün verimi ve iyi ısı dağılım performansı.

Silindirik piller uluslararası olarak birleştirilmiş standart spesifikasyonlar ve modeller serisini oluşturmuştur ve teknolojileri olgundur, sürekli seri üretim için uygundur. Silindirik şekil büyük bir özgül yüzey alanına sahip olup iyi bir ısı dağılımı sağlar.

Silindirik piller genellikle sızdırmaz kapalı tip pillerdir ve kullanım sırasında bakım gerektirmezler.

Pil gövdesi yüksek basınca dayanıklıdır ve kullanım sırasında kare veya yumuşak paket pillerde görülen şişme gibi olgular ortaya çıkmaz.

4. Silindirik pil katot malzemesi

Günümüzde yaygın olarak ticari amaçlı kullanılan silindirik pil katot malzemeleri başlıca lityum kobalt oksit (LiCoO2), lityum mangan oksit (LiMn2O4), üçlü lityum (NMC) ve lityum demir fosfat (LiFePO4)'ı içermektedir. Farklı malzeme sistemlerinin farklı özellikleri vardır ve aşağıda karşılaştırılmıştır:

proje	Lityum kobalt oksit (LiCoO₂)	Üçlü lityum (LiNiCoMnO₂)	Lityum mangan oksit (LiMn₂O₄)	Lityum Demir Fosfat (LiFePO₄)
Tap Yoğunluğu (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Özgül yüzey alanı (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Kapasite (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Gerilim platosu (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Döngüsel performans	≥500 kez	≥500 kez	≥300 kez	≥2000 kez
Ham Madde Maliyetleri	Yüksek (kobalt içeriği)	Yüksek (nikel ve kobalt içerir)	düşük	düşük
Çevre koruma	Kobalt içerir (düşük çevresel uyum)	Nikel ve kobalt içerir (Çin Çevre Koruma)	Toksik olmayan	Toksik olmayan
Güvenlik performansı	Fakirler	daha iyi.	i̇yi	harika
Uygulama alanları	Küçük piller	Küçük güç pili	Güç pilleri, düşük maliyetli piller	Güç pilleri/aşırı büyük kapasiteli güç kaynakları
avantaj	Küçük ve orta boy pillerin performansı kararlıdır	Kararlı elektrokimyasal performans	Manganez kaynakları bol ve maliyeti düşüktür	Yüksek güvenlik ve uzun ömür
dezavantaj	Kobalt fiyatı yüksek ve çevrim ömrü düşük	Kobalt ve nikel maliyeti yüksektir	Düşük enerji yoğunluğuna sahip	Düşük sıcaklık performansı zayıf

5. Silindirik piller için anot malzemesi

Silindirik pil anot malzemeleri genel olarak altı türe ayrılabilir: karbon anot malzemeleri, alaşım anot malzemeleri, kalay bazlı anot malzemeleri, lityum içeren geçiş metali nitrür anot malzemeleri, nanometre boyutlu malzemeler ve nano anot malzemeleri.

Karbon nanometre boyutlu anot malzemeleri: Şu anda lityum-iyon pillerde kullanılan anot malzemeleri temel olarak karbon malzemeleridir ve bunlara örnek olarak yapay grafit, doğal grafit, mezofaz karbon mikroküreler, petrol kokusu, karbon fiber, pirolitik reçine karbonu vb. verilebilir.

Alaşım temelli anot malzemeleri, kalay bazlı alaşımlar, silisyum bazlı alaşımlar, germanyum bazlı alaşımlar, alüminyum bazlı alaşımlar, antimon bazlı alaşımlar, magnezyum bazlı alaşımlar ve diğer alaşımları içerir. Şu anda ticari olarak mevcut ürün yoktur.

Kalay bazlı anot malzemeleri: Kalay bazlı anot malzemeleri iki türe ayrılabilir: kalay oksitler ve kalay bazlı kompozit oksitler. Oksitler, çeşitli değerlik durumlarındaki metalik kalayın oksitlerini ifade eder. Şu anda ticari olarak mevcut ürün yoktur.

Şu anda ticari olarak mevcut lityum geçiş metali nitrür anot malzemesi yoktur.

Nanomalzemeler: karbon nanotüpler, nanoalaşım malzemeleri.

Nano-anot malzemeleri: Nano-oksit malzemeler

 

II. Silindirik Lityum Pil Hücreleri

1. Silindirik lityum-iyon hücre markaları

Silindirik lityum piller, Japonya ve Güney Kore'deki lityum pil şirketleri arasında popülerdir ve Çin'de de silindirik lityum piller üreten oldukça fazla sayıda şirket vardır. En erken silindirik lityum pil, 1992 yılında Japon Sony Şirketi tarafından icat edilmiştir.

Tanınan silindirik lityum-iyon pil hücre markaları şunlardır: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK ve Lishen.

 

2. Silindirik lityum-iyon hücre tipleri

Silindirik lityum-iyon hücreler genellikle beş rakamla ifade edilir. Soldan başlayarak ilk iki rakam pil çapını, üçüncü ve dördüncü rakamlar pil yüksekliğini, beşinci rakam ise hücresinin dairesel olduğunu gösterir. Silindirik lityum pillerin birçok modeli vardır ve bunlara yaygın olarak 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 ve 32650 örnek verilebilir.

① 10440 Pili:
10440 batarya, çapı 10 mm ve yüksekliği 44 mm olan, yaygın olarak "7 numaralı pil" olarak adlandırdığımız büyüklükte bir lityum bataryadır. Bu tür bataryalar genellikle oldukça düşük kapasiteye sahiptir, yalnızca birkaç yüz mAh değerindedir ve başta el fenerleri, mini hoparlörler ve megafonlar gibi minyatür elektronik ürünlerde kullanılır.

② 14500 batarya:
14500 batarya, çapı 14 mm ve yüksekliği 50 mm olan bir lityum bataryadır. Bu tür bataryalar genellikle 3,7 V veya 3,2 V'tur ve nominal kapasitesi nispeten küçük olup, 10440 bataryadan biraz daha büyüktür ve genellikle 1600 mAh değerindedir. Mükemmel deşarj performansına sahiptir ve kablosuz hoparlörler, elektrikli oyuncaklar ve dijital kameralar gibi tüketici elektroniği ürünlerinde yaygın olarak kullanılır.

③ 16340 batarya.
16340 batarya, çapı 16 mm ve yüksekliği 34 mm olan bir lityum bataryadır. Daha kısa yüksekliğe sahip olması ve nispeten büyük kapasiteye sahip olması nedeniyle bu tür bataryalar genellikle güçlü el fenerlerinde, LED el fenerlerinde, baş lambalarında, lazer ışıklarında ve diğer aydınlatma armatürlerinde bulunur.

④ 18650 Batarya:
18650 batarya, çapı 18 mm ve yüksekliği 65 mm olan bir lityum bataryadır. En büyük özelliği neredeyse 170 Wh/kg olan çok yüksek enerji yoğunluğudur. Bu nedenle, bu tür bataryalar maliyet açısından verimli bir seçenektir. Günlük hayatta gördüğümüz bataryaların çoğu bu tiptedir çünkü tüm yönleriyle iyi sistem kalitesine ve kararlılığa sahip nispeten olgun bir lityum bataryasıdır. Cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve diğer küçük elektronik cihazlar gibi yaklaşık 10 kWh'lik batarya kapasitesi uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

⑤ 21700 Batarya:
21700 batarya, çapı 21 mm ve yüksekliği 70 mm olan bir lityum bataryadır. Artırılmış boyutu nedeniyle alan kullanım oranı artmış, tek hücrelerin ve sistemlerin enerji yoğunluğu artırılmıştır. Hacimsel enerji yoğunluğu 18650 bataryadan çok daha yüksektir. Dijital ürünlerde, elektrikli araçlarda, dengeli taşıtlarda, güneş enerjili lityum bataryalı sokak lambalarında, LED lambalarda, elektrikli aletlerde vb. yaygın olarak kullanılır.

⑥ 26650 Batarya:
26650 batarya, çapı 26 mm ve yüksekliği 65 mm olan bir lityum bataryadır. Nominal gerilimi 3,2 V ve nominal kapasitesi 3200 mAh'dir. Bu tip batarya, üstün kapasiteye ve yüksek tutarlılığa sahiptir ve giderek 18650 bataryaların yerini almaktadır. Güç bataryaları alanında birçok ürün de bu tipe giderek daha fazla yönelmektedir.

⑦ 32650 Batarya
32650 batarya, çapı 32 mm ve yüksekliği 65 mm olan bir lityum bataryadır. Bu tip batarya güçlü bir sürekli deşarj kapasitesine sahiptir ve bu nedenle elektrikli oyuncaklar, yedek güç, UPS bataryaları, rüzgar enerjisi üretim sistemleri ve rüzgar-güneş hibrit enerji üretim sistemleri için daha uygundur.

III. Silindirik Lityum Batarya Pazarının Gelişimi

Silindirik lityum-iyon batarya teknolojisindeki gelişmeler öncelikle anahtar batarya malzemelerinin inovatif araştırması ve uygulamasından kaynaklanmaktadır. Yeni malzemelerin geliştirilmesi, batarya performansını artırır, kaliteyi yükseltir, maliyetleri düşürür ve güvenliği iyileştirir. Daha yüksek özgül enerji taleplerini karşılamak için, yüksek özgül kapasiteli malzemelerin kullanılması ve yüksek voltajlı malzemelerle şarj voltajının artırılması yoluyla bu hedefe ulaşılmaktadır.

Silindirik lityum-iyon piller, 14500'ten Tesla 21700 pille evrim geçirdi. Yakın ve orta vadede, yeni enerji taşıtlarının büyük ölçekli gelişimi ihtiyaçlarını karşılamak için mevcut lityum-iyon traksiyon pilleri teknolojilerini optimize ederken, yeni lityum-iyon traksiyon pillerinin geliştirilmesine odaklanılacak, güvenliği, tutarlılığı ve ömrü artırılacak ve aynı zamanda yeni traksiyon pil sistemleri üzerinde öncü araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütülecektir.

Silindirik lityum-iyon pillerin orta ve uzun vadeli gelişimi için, yeni lityum-iyon traksiyon pillerini sürekli olarak optimize edip geliştirirken, özgül enerjiyi önemli ölçüde artırarak maliyetleri büyük oranda düşürecek ve yeni traksiyon pil sistemlerinin pratik uygulamasını ve büyük ölçekli kullanımını gerçekleştirmeye odaklanılacaktır.