Hướng dẫn Đầy đủ về Pin Li-ion Hình Trụ: Các Loại, Hiệu suất và Ứng dụng

Pin lithium hình trụ được chia thành các hệ khác nhau như lithium sắt phốt phát, lithium coban oxit, lithium mangan oxit, hỗn hợp coban-mangan và vật liệu ternary. Vỏ pin được chia thành vỏ thép và vỏ polymer. Các hệ vật liệu khác nhau có những ưu điểm khác nhau.

Danh sách đầy đủ các mẫu pin lithium hình trụ

Mẫu Pin	điện áp danh nghĩa	Dung lượng (mAh)	Nhiệt độ sạc (°C)	Nhiệt độ xả (°C)	Dòng điện sạc (A)	Dòng điện xả (a)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	2200	0~45	-40~+60	2,2A (nhiệt độ phòng 1C)	10A (nhiệt độ bình thường 5C)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	2500	0~45	-40~+60	2,5A (nhiệt độ phòng 1C)	25A (nhiệt độ phòng 10°C)
ICR18650 (Ternary)	3.7V	3000	0~45	-40~+60	3,0A (nhiệt độ bình thường 1C)	15A (5°C)
ICR21700 (Tam nguyên)	3.7V	4000	0~45	-40~+60	4,0A (nhiệt độ bình thường 1C)	40A (nhiệt độ bình thường 10C)
NCR18650B (Tam nguyên)	3,6V	3350	0~45	-20~60	1,625A	4,875A
INR18650-30Q (Tam nguyên)	3,6V	3000	0~45	-20~75	0,5c	15a
IFR26650 (Phốt phát Sắt-Liti)	3.2V	3200	-20~+45	-40~+60	3,2A (nhiệt độ phòng 1C)	10A (nhiệt độ phòng 3C)
IFR32700 (Phốt phát Sắt-Liti)	3.2V	5000	-20~+45	-40~+60	5,0A (nhiệt độ bình thường 1C)	25A (5°C)
IFR26650 E3400	3.2V	3400	0~60	-10~60	2.0A	10.2A

I. Pin liti hình trụ là gì?

1. Định nghĩa về pin hình trụ

Các pin lithium hình trụ được phân loại thành các hệ khác nhau, bao gồm lithium sắt phốt phát, lithium coban oxit, lithium mangan oxit, hỗn hợp coban-mangan và vật liệu ternary. Vỏ pin có sẵn ở dạng thép và polymer, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng. Hiện nay, pin lithium sắt phốt phát hình trụ với vỏ thép là phổ biến nhất. Những pin này mang lại các ưu điểm như dung lượng cao, điện áp đầu ra cao, hiệu suất chu kỳ sạc-xả tốt, điện áp đầu ra ổn định, khả năng xả dòng cao, tính năng điện hóa ổn định, an toàn, dải nhiệt độ hoạt động rộng và thân thiện với môi trường. Chúng được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng năng lượng mặt trời, chiếu sáng sân vườn, nguồn dự phòng, dụng cụ điện và các mô hình đồ chơi.

2. Cấu trúc pin hình trụ

Cấu trúc pin hình trụ điển hình bao gồm: vỏ, nắp, cực dương, cực âm, lớp cách điện, chất điện phân, phần tử PTC, gioăng, van an toàn, v.v. Thông thường, vỏ pin là cực âm và nắp là cực dương. Vỏ pin được làm bằng thép mạ niken.

3. Ưu điểm của pin lithium hình trụ

So với pin lithium dạng pouch và dạng khối, pin lithium hình trụ có lịch sử phát triển lâu đời nhất, mức độ tiêu chuẩn hóa cao hơn, công nghệ trưởng thành hơn, tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu cao hơn và chi phí thấp hơn.

Quy trình sản xuất trưởng thành, chi phí PACK thấp, tỷ lệ sản phẩm pin đạt yêu cầu cao và hiệu suất tản nhiệt tốt.

Pin hình trụ đã thiết lập một loạt tiêu chuẩn quy cách và mô hình thống nhất trên phạm vi quốc tế, với công nghệ trưởng thành phù hợp cho sản xuất liên tục hàng loạt. Hình dạng trụ tròn có diện tích bề mặt riêng lớn, dẫn đến khả năng tản nhiệt tốt.

Ắc quy hình trụ nói chung là loại kín, và không có vấn đề bảo trì trong quá trình sử dụng.

Vỏ ắc quy có khả năng chịu áp lực cao và sẽ không xuất hiện hiện tượng phồng như ở các loại ắc quy dạng vuông hoặc dạng mềm trong quá trình sử dụng.

4. Vật liệu cực dương của ắc quy hình trụ

Hiện nay, các vật liệu cực dương ắc quy hình trụ thương mại chủ yếu bao gồm oxit coban-liti (LiCoO2), oxit mangan-liti (LiMn2O4), liti ba thành phần (NMC) và photphat sắt-liti (LiFePO4). Các hệ vật liệu khác nhau có đặc tính khác nhau, như so sánh dưới đây:

dự án	Oxit coban-liti (LiCoO₂)	Liti ba thành phần (LiNiCoMnO₂)	Oxit mangan-liti (LiMn₂O₄)	Lithium Iron Phosphate (LiFePO₄)
Độ dày nén (g/cm³)	2.8~3.0	2.0~2.3	2.2~2.4	1.0~1.4
Diện tích bề mặt riêng (m²/g)	0.4~0.6	0.2~0.4	0.4~0.8	12~20
Dung lượng (mAh/g)	135~140	140~180	90~100	130~140
Điện áp nền (V)	3.7	3.5	3.8	3.2
Hiệu suất chu kỳ	≥500 Lần	≥500 Lần	≥300 lần	≥2000 lần
Chi phí nguyên liệu thô	Cao (hàm lượng cobalt)	Cao (chứa niken và cobalt)	thấp	thấp
Bảo vệ môi trường	Chứa cobalt (độ thân thiện môi trường thấp)	Chứa niken và cobalt (Bảo vệ môi trường Trung Quốc)	Không độc hại	Không độc hại
Hiệu suất an toàn	Kém	tốt hơn	tốt	xuất sắc
Lĩnh vực ứng dụng	Pin nhỏ	Pin năng lượng nhỏ	Pin năng lượng, pin chi phí thấp	Pin năng lượng/nguồn cung cấp điện dung lượng siêu lớn
ưu Thế	Pin cỡ nhỏ và trung bình có hiệu suất ổn định	Hiệu suất điện hóa ổn định	Nguồn tài nguyên mangan dồi dào và chi phí thấp	An toàn cao và tuổi thọ dài
nhược điểm	Giá cobalt cao và tuổi thọ chu kỳ thấp	Cobalt và nickel đắt tiền	Mật độ năng lượng thấp	Hiệu suất ở nhiệt độ thấp kém

5. Vật liệu cực âm cho pin hình trụ

Vật liệu cực âm cho pin hình trụ có thể được chia thành sáu loại chính: vật liệu cực âm dạng carbon, vật liệu cực âm dạng hợp kim, vật liệu cực âm gốc thiếc, vật liệu cực âm nitride kim loại chuyển tiếp chứa liti, vật liệu kích thước nano và vật liệu cực âm nano.

Vật liệu cực âm carbon kích thước nano: Hiện nay, các vật liệu cực âm thực tế được sử dụng trong pin lithium-ion chủ yếu là các vật liệu carbon, chẳng hạn như graphite nhân tạo, graphite tự nhiên, cầu carbon trung gian pha, cốc dầu mỏ, sợi carbon, carbon nhựa pyrolytic, v.v.

Vật liệu anode dựa trên hợp kim bao gồm các hợp kim gốc thiếc, hợp kim gốc silicon, hợp kim gốc germani, hợp kim gốc nhôm, hợp kim gốc antimony, hợp kim gốc magie và các hợp kim khác. Hiện tại, chưa có sản phẩm nào được thương mại hóa.

Vật liệu anode gốc thiếc: Vật liệu anode gốc thiếc có thể được chia thành hai loại: oxit thiếc và oxit phức hợp gốc thiếc. Oxit ở đây đề cập đến các oxit của thiếc kim loại ở các trạng thái hóa trị khác nhau. Hiện tại, chưa có sản phẩm nào được thương mại hóa.

Hiện tại chưa có vật liệu anode nitride kim loại chuyển tiếp lithium nào được thương mại hóa.

Vật liệu ở cấp độ nano: ống nano carbon, vật liệu hợp kim nano.

Vật liệu anode nano: vật liệu oxit nano

 

II. Pin Lithium Hình Trụ

1. Các thương hiệu pin lithium-ion hình trụ

Các pin lithium hình trụ được ưa chuộng bởi các công ty sản xuất pin lithium tại Nhật Bản và Hàn Quốc, và cũng có một số lượng đáng kể các công ty tại Trung Quốc sản xuất pin lithium hình trụ. Chiếc pin lithium hình trụ đầu tiên trên thế giới được phát minh bởi tập đoàn Sony của Nhật Bản vào năm 1992.

Các thương hiệu tế bào pin lithium-ion hình trụ nổi tiếng bao gồm: Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung, LG, Wanxiang A123, BAK và Lishen.

 

2. Các loại tế bào lithium-ion hình trụ

Tế bào lithium-ion hình trụ thường được biểu thị bằng năm chữ số. Tính từ trái sang, hai chữ số đầu tiên chỉ đường kính pin, hai chữ số thứ ba và thứ tư chỉ chiều cao pin, và chữ số thứ năm cho biết tế bào này có dạng tròn. Có nhiều mẫu mã khác nhau của pin lithium hình trụ, trong đó phổ biến gồm có 10400, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650 và 32650.

① Pin 10440:
Pin 10440 là loại pin lithium có đường kính 10mm và chiều cao 44mm, cùng kích cỡ với loại mà chúng ta thường gọi là "pin cỡ 7". Loại pin này nói chung có dung lượng rất nhỏ, chỉ vài trăm mAh, và chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm điện tử mini, như đèn pin, loa mini và loa phóng thanh.

② Pin 14500:
Pin 14500 là loại pin lithium có đường kính 14mm và chiều cao 50mm. Loại pin này thường có điện áp 3,7V hoặc 3,2V, dung lượng danh định tương đối nhỏ, lớn hơn chút so với pin 10440, thông thường là 1600mAh. Nó có hiệu suất xả điện tuyệt vời và chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, như loa không dây, đồ chơi điện tử và máy ảnh kỹ thuật số.

③ Pin 16340.
Pin 16340 là loại pin lithium có đường kính 16mm và chiều cao 34mm. Vì chiều cao ngắn hơn và dung lượng tương đối lớn, loại pin này thường được dùng trong các đèn pin công suất cao, đèn pin LED, đèn đội đầu, đèn laser và các thiết bị chiếu sáng khác.

④ Pin 18650:
Pin 18650 là loại pin lithium có đường kính 18mm và chiều cao 65mm. Đặc điểm nổi bật nhất của nó là mật độ năng lượng rất cao, gần như đạt 170 Wh/kg. Do đó, loại pin này có chi phí hiệu quả. Hầu hết các loại pin chúng ta thấy trong đời sống hàng ngày đều thuộc loại này vì đây là loại pin lithium tương đối trưởng thành, có chất lượng hệ thống và độ ổn định tốt trên mọi phương diện. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu dung lượng pin khoảng 10 kWh, chẳng hạn như điện thoại di động, máy tính xách tay và các thiết bị điện tử nhỏ khác.

⑤ Pin 21700:
Pin 21700 là loại pin lithium có đường kính 21mm và chiều cao 70mm. Nhờ kích thước lớn hơn, tỷ lệ sử dụng không gian được cải thiện, đồng thời mật độ năng lượng của các tế bào đơn lẻ và hệ thống có thể được tăng lên. Mật độ năng lượng theo thể tích của nó cao hơn nhiều so với pin 18650. Loại pin này được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm kỹ thuật số, xe điện, xe cân bằng, đèn đường lithium năng lượng mặt trời, đèn LED, dụng cụ điện, v.v.

⑥ Pin 26650:
Pin 26650 là loại pin lithium có đường kính 26mm và chiều cao 65mm. Pin có điện áp định mức 3,2V và dung lượng định mức 3200mAh. Loại pin này có dung lượng tuyệt vời và độ ổn định cao, dần trở thành sự thay thế cho pin 18650. Nhiều sản phẩm trong lĩnh vực pin năng lượng cũng sẽ ngày càng ưa chuộng loại pin này.

⑦ Pin 32650
Pin 32650 là loại pin lithium có đường kính 32mm và chiều cao 65mm. Loại pin này có khả năng xả liên tục mạnh, do đó phù hợp hơn cho các đồ chơi điện tử, nguồn điện dự phòng, pin UPS, hệ thống phát điện năng lượng gió và các hệ thống phát điện hybrid gió - mặt trời.

III. Sự phát triển của thị trường pin lithium hình trụ

Những tiến bộ trong công nghệ pin lithium-ion hình trụ chủ yếu bắt nguồn từ nghiên cứu và ứng dụng sáng tạo các vật liệu chính của pin. Việc phát triển các vật liệu mới tiếp tục cải thiện hiệu suất pin, nâng cao chất lượng, giảm chi phí và tăng độ an toàn. Để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng phía sau về năng lượng riêng cao hơn của pin, điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng các vật liệu có dung lượng riêng cao và tăng điện áp sạc bằng cách áp dụng các vật liệu chịu điện áp cao.

Các pin lithium-ion hình trụ đã phát triển từ loại 14500 đến pin Tesla 21700. Trong ngắn hạn và trung hạn, trong khi tối ưu hóa các công nghệ pin năng lượng lithium-ion hiện có để đáp ứng nhu cầu phát triển quy mô lớn của các phương tiện năng lượng mới, trọng tâm là phát triển các loại pin năng lượng lithium-ion mới, cải thiện độ an toàn, tính nhất quán và tuổi thọ của chúng, đồng thời tiến hành nghiên cứu và phát triển tiên phong các hệ thống pin năng lượng mới.

Đối với phát triển trung và dài hạn của các pin lithium-ion hình trụ, trong khi liên tục tối ưu hóa và cải tiến các pin năng lượng lithium-ion mới, chúng ta sẽ tập trung phát triển các hệ thống pin năng lượng mới nhằm nâng cao đáng kể năng lượng riêng, giảm mạnh chi phí và hiện thực hóa việc ứng dụng thực tiễn cũng như ứng dụng quy mô lớn các hệ thống pin năng lượng mới.