مجموعه کامل مدل های استوانه ای باتری های لیتیومی، آشنایی با باتری های لیتیومی استوانه ای

 

مدل سلولی	ولتاژ نامی (V)	ظرفیت اسمی (mAh)	دمای شارژ (درجه)	دمای تخلیه (درجه)	جریان شارژ (A)	جریان تخلیه (A)
ICR18650 (سه تایی)	3.7V	2200 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	2.2A (دمای معمولی 1C)	10A (دمای معمولی 5C)
ICR18650 (سه تایی)	3.7V	2500 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	2.5A (دمای معمولی 1C)	25A (دمای معمولی 10C)
ICR18650 (سه تایی)	3.7V	3000 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	3. 0A (دمای معمولی 1 درجه سانتیگراد)	15A (دمای معمولی 5C)
ICR21700 (سه تایی)	3.7V	4000 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	4. 0A (دمای معمولی 1 درجه سانتیگراد)	40A (دمای معمولی 10C)
NCR18650B (سه تایی)	3.6V	3350 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-20~60 درجه	1.625A	4.875A
INR18650-30Q (سه تایی)	3.6V	3000 میلی آمپر ساعت	0~45 درجه	-20~75 درجه	0.5C	15A
IFR26650 (لیتیوم فسفات آهن)	3.2V	3200 میلی آمپر ساعت	-20 درجه ~+45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	3.2A (دمای معمولی 1C)	10A (دمای معمولی 3C)
IFR32700 (لیتیوم فسفات آهن)	3.2V	5000 میلی آمپر ساعت	-20 درجه ~+45 درجه	-40 درجه ~+60 درجه	5. 0A (دمای معمولی 1 درجه سانتیگراد)	25A (دمای معمولی 5C)
IFR26650 E3400 (لیتیوم فسفات آهن)	3.2V	3400 میلی آمپر ساعت	0~60 درجه	-10~60 درجه	2.0V	10.2A

 

1، باتری لیتیومی استوانه ای چیست؟

1. تعریف باتری های استوانه ای

باتری های لیتیومی استوانه ای به سه سیستم مختلف تقسیم می شوند: فسفات آهن لیتیوم، اکسید لیتیوم کبالت، اکسید لیتیوم منگنز، مخلوط کبالت منگنز و مواد سه تایی. پوسته بیرونی به دو نوع پوسته فولادی و پلیمری تقسیم می شود. سیستم های مواد مختلف مزایای متفاوتی برای باتری ها دارند. در حال حاضر باتری‌های لیتیوم آهن فسفات استوانه‌ای پوسته فولادی عمدتاً به عنوان نوع اصلی باتری استفاده می‌شوند. این باتری ها دارای ظرفیت بالا، ولتاژ خروجی بالا، عملکرد چرخه تخلیه شارژ خوب، ولتاژ خروجی پایدار، تخلیه جریان بالا، عملکرد الکتروشیمیایی پایدار، استفاده ایمن، محدوده دمای کاری گسترده و سازگاری با محیط زیست هستند. آنها به طور گسترده در لامپ های خورشیدی، لامپ های چمن، انرژی پشتیبان، ابزار الکتریکی و مدل های اسباب بازی استفاده می شوند.

2. ساختار باتری استوانه ای

یک ساختار باتری استوانه‌ای معمولی شامل: پوسته، کلاهک، الکترود مثبت، الکترود منفی، دیافراگم، الکترولیت، عنصر PTC، واشر، شیر اطمینان و غیره است. پوشش عمومی باتری الکترود منفی باتری است، درپوش الکترود مثبت باتری است. باتری و بدنه باتری از ورق فولادی با روکش نیکل ساخته شده است.

3. مزایای باتری های لیتیومی استوانه ای

در مقایسه با بسته‌های نرم و باتری‌های لیتیوم مربعی، باتری‌های لیتیومی استوانه‌ای طولانی‌ترین زمان توسعه، استانداردسازی بالاتر، فرآیندهای بالغ‌تر، نرخ بازده بالاتر و هزینه‌های پایین‌تر را دارند.

· فرآیند تولید بالغ، هزینه بسته کم، بازده بالای محصولات باتری و عملکرد خوب اتلاف گرما

· باتری استوانه ای مجموعه ای از مشخصات و مدل های استاندارد یکپارچه بین المللی را با فناوری بالغ، مناسب برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ تشکیل داده است.

· سطح ویژه یک سیلندر بزرگ است و اثر اتلاف گرما خوب است.

· باتری های استوانه ای معمولاً باتری های مهر و موم شده هستند و هیچ مشکلی در نگهداری در طول استفاده وجود ندارد.

· محفظه باتری دارای مقاومت فشار بالایی است و هیچ پدیده ای مانند انبساط باتری مربعی یا بسته بندی نرم در حین استفاده وجود نخواهد داشت.

4. مواد الکترود مثبت برای باتری های استوانه ای

در حال حاضر، جریان اصلی مواد الکترود مثبت تجاری برای باتری‌های استوانه‌ای عمدتاً شامل اکسید لیتیوم کبالت (LiCoO2)، اکسید لیتیوم منگنز (LiMn2O4)، سه تایی (NMC)، فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) و غیره است. سیستم‌های مواد مختلف ویژگی‌های متفاوتی برای باتری‌ها دارند. ، و مقایسه به شرح زیر است:

پروژه	اکسید کبالت لیتیوم	لیتیوم نیکل کبالت منگنز سه تایی (LiNiCoMnO2)	لیتیوم منگنات (LiMn2O4)	فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4)
چگالی شیر (g/cm3)	(LiCoO2)	2.0-2.3	2.2-2.4	1.0-1.4
سطح ویژه (m2/g)	2.8-3.0	0.2-0.4	0.4-0.8	12-20
ظرفیت گرم (mAh/g)	0.4-0.6	140-180	90-100	130-140
پلت فرم ولتاژ (V)	135-140	3.5	3.8	3.2
عملکرد دوچرخه سواری	3.7	بزرگتر یا مساوی با مرتبه 500	بزرگتر یا مساوی با مرتبه 300	بزرگتر یا مساوی 2000 مرتبه
فلز انتقالی	بزرگتر یا مساوی با مرتبه 500	فقیر	غنا	بسیار غنی
هزینه مواد اولیه	فقیر	بالا	کم	کم
حفاظت از محیط زیست	خیلی بالا	حاوی نیکل و کبالت	غیر سمی	غیر سمی
ایمنی	حاوی کبالت	ترجیحا	خوب	عالی
برنامه های کاربردی	فقیر	باتری کوچک/باتری برق کوچک	باتری های برق، باتری های کم هزینه	باتری برق/ منبع تغذیه با ظرفیت فوق العاده بزرگ
مزیت - فایده - سود - منفعت	باتری های کوچک و متوسط	عملکرد الکتروشیمیایی پایدار و عملکرد دوچرخه سواری خوب	منابع منگنز فراوان، با قیمت پایین و عملکرد ایمنی خوب است	ایمنی بالا، حفاظت از محیط زیست و طول عمر بالا
عیب	"شارژ و تخلیه پایدار، فرآیند تولید ساده، قیمت گران کبالت و عمر چرخه پایین"	کبالت گران است	چگالی انرژی کم و سازگاری ضعیف الکترولیت	عملکرد ضعیف در دمای پایین و ولتاژ تخلیه کم

 

5. مواد الکترود منفی برای باتری های استوانه ای

تقریباً شش نوع ماده الکترود منفی برای باتری‌های استوانه‌ای وجود دارد: مواد الکترود منفی کربن، مواد الکترود منفی آلیاژی، مواد الکترود منفی مبتنی بر قلع، مواد الکترود منفی نیترید فلزی واسطه‌ای حاوی لیتیوم، مواد در مقیاس نانو و مواد الکترود منفی در مقیاس نانو.

· مواد الکترود منفی مواد نانومقیاس کربن: در حال حاضر، بیشتر مواد الکترود منفی مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم یونی از مواد کربنی مانند گرافیت مصنوعی، گرافیت طبیعی، میکروسفرهای کربن مزوفاز، کک نفتی، فیبر کربن، کربن رزین حرارتی و غیره هستند.

· مواد الکترود منفی آلیاژی: از جمله آلیاژهای مبتنی بر قلع، آلیاژهای مبتنی بر سیلیکون، آلیاژهای مبتنی بر ژرمانیوم، آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم، آلیاژهای مبتنی بر آنتیموان، آلیاژهای مبتنی بر منیزیم و سایر آلیاژها، در حال حاضر هیچ محصول تجاری موجود نیست.

· مواد الکترود منفی مبتنی بر قلع: مواد الکترود منفی مبتنی بر قلع را می توان به دو نوع تقسیم کرد: اکسید قلع و اکسید کامپوزیت مبتنی بر قلع. اکسیدها به اکسیدهای قلع فلز ظرفیتی مختلف اشاره دارند. در حال حاضر هیچ محصول تجاری موجود نیست.

·در حال حاضر هیچ محصول تجاری برای مواد الکترود منفی نیترید فلزی واسطه لیتیوم حاوی لیتیوم وجود ندارد.

· مواد در مقیاس نانو: نانولوله های کربنی، مواد آلیاژی نانو.

· مواد الکترود منفی نانو: مواد نانو اکسید.

2، سلول های باتری لیتیوم استوانه ای

1. نام تجاری سلول های باتری لیتیوم یون استوانه ای

باتری‌های لیتیومی استوانه‌ای در میان شرکت‌های باتری لیتیومی در ژاپن و کره جنوبی محبوب هستند و همچنین شرکت‌های قابل توجهی در چین وجود دارند که باتری‌های لیتیومی استوانه‌ای تولید می‌کنند. اولین باتری لیتیومی استوانه ای توسط شرکت ژاپنی SONY در سال 1992 اختراع شد.

نام تجاری معروف باتری لیتیوم یون استوانه ای: Sony، Panasonic، Sanyo، Samsung، LG، Wanxiang A123، Bike، Lishen و غیره.

2. انواع باتری لیتیوم یون استوانه ای

سلول های لیتیوم یون استوانه ای معمولاً با پنج رقم نشان داده می شوند. با شروع از سمت چپ، رقم اول و دوم به قطر باتری، رقم سوم و چهارم به ارتفاع باتری و رقم پنجم نشان دهنده یک دایره است. مدل های زیادی از باتری های لیتیومی استوانه ای وجود دارد که از آن جمله می توان به 10400، 14500، 16340، 18650، 21700، 26650، 32650 و غیره اشاره کرد.

① باتری 10440

باتری 10440 نوعی باتری لیتیومی با قطر 10 میلی متر و ارتفاع 44 میلی متر است. این باتری به اندازه باتری شماره 7 است و ظرفیت آن به طور کلی بسیار کوچک است و تنها چند صد میلی آمپر ساعت است. این عمدتا در محصولات الکترونیکی کوچک استفاده می شود. به عنوان مثال، چراغ قوه، بلندگوهای کوچک، تقویت کننده ها و غیره.

② باتری 14500

باتری 14500 نوعی باتری لیتیومی با قطر 14 میلی متر و ارتفاع 50 میلی متر است. این نوع باتری به طور کلی 3.7 ولت یا 3.2 ولت، با ظرفیت اسمی نسبتا کوچک، کمی بزرگتر از باتری 10440، معمولا 1600 میلی آمپر ساعت است. عملکرد تخلیه عالی دارد و عمدتاً در لوازم الکترونیکی مصرفی مانند صدای بی سیم، اسباب بازی های الکتریکی، دوربین های دیجیتال و غیره استفاده می شود.

③ باتری 16340

باتری 16340 نوعی باتری لیتیومی با قطر 16 میلی متر و ارتفاع 34 میلی متر است. به دلیل ارتفاع کوتاهتر و ظرفیت نسبتاً کم، اغلب در چراغ قوه های با نور بالا، چراغ قوه LED، چراغ های جلو، چراغ های لیزری، وسایل روشنایی و سایر کاربردها استفاده می شود.

④ باتری 18650

باتری 18650 نوعی باتری لیتیومی با قطر 18 میلی متر و ارتفاع 65 میلی متر است. بزرگترین ویژگی آن این است که چگالی انرژی بسیار بالایی دارد و تقریباً به 170 وات ساعت بر کیلوگرم می رسد. بنابراین، این نوع باتری یک باتری مقرون به صرفه است. ما اغلب این نوع باتری ها را می بینیم زیرا یک باتری لیتیومی نسبتا بالغ با ثبات کیفیت سیستم در همه جنبه ها است. این به طور گسترده در سناریوهای ظرفیت باتری حدود 10 کیلووات ساعت، مانند در وسایل کوچک مانند تلفن همراه و لپ تاپ استفاده می شود.

⑤ 21700 باتری

باتری 21700 نوعی باتری لیتیومی با قطر 21 میلی متر و ارتفاع 70 میلی متر است. با توجه به افزایش حجم آن، راندمان استفاده از فضا افزایش می یابد و تراکم انرژی سلول ها و سیستم های باتری را می توان بهبود بخشید. چگالی انرژی حجمی آن بسیار بیشتر از باتری 18650 است و به طور گسترده در وسایل نقلیه دیجیتال، برقی، اتومبیل های تعادلی، چراغ های خیابانی باتری لیتیومی خورشیدی، چراغ های LED، ابزارهای الکتریکی و غیره استفاده می شود.

⑥ باتری 26650

باتری 26650 نوعی باتری لیتیومی با قطر 26 میلی متر و ارتفاع 65 میلی متر با ولتاژ نامی 3.2 ولت و ظرفیت اسمی 3200 میلی آمپر ساعت می باشد. این نوع باتری ظرفیت عالی و قوام بالایی دارد و به تدریج تبدیل به ترند جایگزینی باتری های 18650 شده است. بسیاری از محصولات در زمینه باتری های قدرت نیز به تدریج به آن علاقه مند خواهند شد.

⑦ باتری 32650

باتری 32650 نوعی باتری لیتیومی با قطر 32 میلی متر و ارتفاع 65 میلی متر است. این نوع باتری دارای ظرفیت تخلیه مداوم قوی است که آن را برای اسباب بازی های الکتریکی، منابع برق پشتیبان، باتری های UPS، سیستم های تولید برق بادی و سیستم های تولید برق مکمل خورشیدی بادی مناسب می کند.

3، توسعه بازار باتری لیتیوم استوانه ای

پیشرفت تکنولوژیکی باتری‌های لیتیوم یون استوانه‌ای عمدتاً از تحقیقات نوآوری و پیشرفت کاربرد مواد کلیدی باتری ناشی می‌شود. از طریق توسعه مواد جدید، عملکرد باتری بیشتر بهبود می یابد، کیفیت بهبود می یابد، هزینه ها کاهش می یابد و ایمنی بهبود می یابد. برای برآوردن نیازهای کاربردهای پایین دستی برای بهبود انرژی ویژه باتری ها، از یک سو می توان از مواد با ظرفیت ویژه بالا و از سوی دیگر با افزایش ولتاژ شارژ، از مواد با ولتاژ بالا استفاده کرد.

باتری لیتیوم یون استوانه ای از 14500 به تسلا 21700 تکامل یافته است. در کوتاه مدت تا میان مدت، در حالی که بهینه سازی فن آوری باتری های لیتیوم یونی موجود برای پاسخگویی به نیازهای توسعه مقیاس بزرگ وسایل نقلیه انرژی جدید، تمرکز بر توسعه است. باتری‌های لیتیوم یونی جدید، ایمنی، ثبات و طول عمر آنها را بهبود می‌بخشد و تحقیقات آینده‌نگر و توسعه باتری‌های قدرت سیستم جدید را انجام می‌دهد.

به منظور دستیابی به توسعه میان مدت و بلندمدت باتری‌های لیتیوم یون استوانه‌ای، ضمن بهینه‌سازی و بهبود مستمر باتری‌های جدید لیتیوم یونی، بر تحقیق و توسعه باتری‌های قدرت سیستم جدید تمرکز خواهیم کرد که انرژی ویژه را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. کاهش هزینه ها و دستیابی به کاربرد عملی و در مقیاس بزرگ باتری های قدرت سیستم جدید.

4، مقایسه بین باتری های لیتیوم استوانه ای و باتری های لیتیوم مربعی

1. شکل باتری: اندازه مربع را می توان خودسرانه طراحی کرد، در حالی که باتری های استوانه ای را نمی توان مقایسه کرد.

2. ویژگی های ضرب: با توجه به محدودیت های فرآیند جوش گوش های چند قطبی در باتری های استوانه ای، ویژگی های ضرب کمی بدتر از باتری های گوش چند قطبی مربع است.

3. سکوی تخلیه: یک باتری لیتیومی که از مواد و الکترولیت های الکترود مثبت و منفی یکسان استفاده می کند، از نظر تئوری باید یک سکوی تخلیه ثابت داشته باشد، اما سکوی تخلیه در داخل یک باتری لیتیوم مربعی کمی بالاتر است.

4. کیفیت محصول: فرآیند ساخت باتری های استوانه ای نسبتاً بالغ است و احتمال نقص برش ثانویه در الکترود کم است. علاوه بر این، بلوغ و سطح اتوماسیون فرآیند سیم پیچ نسبتاً بالا است. در حال حاضر، فرآیند لمینیت هنوز نیمه دستی است که تأثیر منفی بر کیفیت باتری دارد.

5. جوش قطبی گوش قطبی: گوش قطبی باتری های استوانه ای راحت تر از باتری های لیتیوم مربعی جوش می شود. باتری های لیتیوم مربعی مستعد لحیم کاری کاذب هستند که بر کیفیت باتری تاثیر می گذارد.

6. گروه بندی PACK: باتری های استوانه ای ویژگی کاربر پسندتری دارند، بنابراین فناوری PACK ساده است و اثر اتلاف گرما خوبی دارد. هنگام بسته بندی باتری های لیتیوم مربعی، باید مشکل اتلاف گرما را حل کرد.

7. ویژگی های ساختاری: فعالیت شیمیایی در گوشه های باتری لیتیوم مربعی ضعیف است و چگالی انرژی باتری پس از استفاده طولانی مدت مستعد پوسیدگی است و در نتیجه عمر باتری کوتاه است.

5، مقایسه بین باتری های لیتیومی استوانه ای و باتری های لیتیومی بسته نرم

1. باتری های بسته نرم عملکرد ایمنی خوبی دارند. ساختار باتری های بسته نرم با فیلم آلومینیومی پلاستیکی بسته بندی شده است. هنگامی که مسائل ایمنی رخ می دهد، باتری های بسته نرم معمولا می ترکند و می ترکند، برخلاف سلول های پوسته فولادی یا آلومینیومی که ممکن است منفجر شوند. از نظر عملکرد ایمنی نسبت به باتری های لیتیومی استوانه ای برتری دارد.

2. باتری های بسته نرم نسبتا سبک وزن هستند، با وزن 40٪ سبک تر از باتری های لیتیومی پوسته فولادی با همان ظرفیت و 20٪ سبک تر از باتری های لیتیومی استوانه ای پوسته آلومینیومی. مقاومت داخلی کم، مقاومت داخلی باتری های بسته نرم کوچکتر از باتری های لیتیومی است، که می تواند تا حد زیادی مصرف خود باتری را کاهش دهد.

3. باتری های بسته نرم عملکرد دوچرخه سواری خوبی دارند و عمر دوچرخه سواری بیشتری دارند. تضعیف پس از 100 چرخه 4٪ تا 7٪ کمتر از باتری های استوانه ای پوسته آلومینیومی است.

4. طراحی باتری بسته نرم نسبتاً انعطاف پذیر است، با شکل متغیری که می تواند نازک تر باشد. می توان آن را با توجه به نیاز مشتری سفارشی کرد و مدل های جدید سلول باتری را می توان توسعه داد. با این حال، باتری های لیتیومی استوانه ای این شرایط را ندارند.

کاستی های باتری های بسته نرم در مقایسه با باتری های لیتیومی استوانه ای قوام ضعیف، هزینه بالا و نشت آسان است. هزینه های بالا را می توان از طریق تولید در مقیاس بزرگ حل کرد، در حالی که نشت را می توان با بهبود کیفیت فیلم آلومینیوم-پلاستیک حل کرد.