Введение размеров литий-ионных аккумуляторов-battery-knowledge | Large Power

• Лучший литиевый аккумулятор 18650

• Цилиндрическая литий-ионная батарея

• Лучшее руководство по литиево-ионной батарее

• Лучшее руководство по LiPo батареям

• Лучшее руководство по батарее Lifepo4

• Руководство по литиевой батарее 12 В

• Литий-ионный аккумулятор 48 В

• Подключение литиевых батарей параллельно и последовательно

• Лучшая литий-ионная батарея 26650

Jul 02, 2019   Вид страницы：512

Литиевые батареи популярны во многих бытовых электронных продуктах. Они одинаково работают на производстве, в корпорациях и учреждениях по всему миру. Литиевые батареи обеспечивают длительный срок службы — от восьми до десяти лет. Они существуют с 1980-х годов.

литий-ионный аккумулятор всех размеров

Литиевые батареи бывают разных размеров и имеют напряжение 3 или 6 вольт. И они широко используются в цифровых фотоаппаратах, фонариках, современных персональных компьютерах и устройствах резервного копирования памяти. Качество этих ячеек несколько уступает, но цена, конечно.

Первичные литиевые батареи

Эти литиевые батареи имеют напряжение 3,6 вольт. Они тоже бывают в размерах? AA, 2/3 AA, AA, C или D. и разные значения в миллиампер-часах. Чем выше оценка, тем дольше будет работать батарея. Резервное питание для печатных плат, камеры, медицинского оборудования, военного оборудования, телекоммуникационной отрасли, водоснабжения и светодиодных устройств.

CR1450SE 3-вольтовая литиевая батарея

У них есть контакты и разъемы. Кроме того, они обеспечивают длительную работу, чрезвычайно безопасные элементы и низкий уровень саморазряда.

Литиевая батарея CR 1 / 3N

Это ячейка со скоростью 160 миллиампер в час. Он имеет длительный срок хранения и исключительно хорошо сохраняет заряд. В основном используется в фотоаппаратах и игрушках, электронных ошейниках для собак, стенографических ручках и других устройствах. На MEGAbatteries.com вы можете приобрести их по отдельности и партиями по 4, 8, 10, 12, 16, 24, 25 и 50. Литиевые элементы CR1 / 3N имеют диаметр 11,6 мм и высоту 10,6 мм.

Литиевая батарея AA

Литиевые элементы AA представляют собой батареи на 1,5 вольта и не подлежат перезарядке. Литиевый — это батарея большой мощности, и она превосходит стандартные щелочные батареи AA, поскольку они обычно служат дольше.

Литиевая батарея AAA

Литиевые элементы AAA являются альтернативой неперезаряжаемой щелочной батарее AAA. Кроме того, они обычно выдают напряжение от 1,5 до 3,7 В и сегодня широко используются во многих бытовых электронных устройствах.

Они имеют долгий срок службы и одноразовые.

Литиевая батарея 9 вольт

Имейте мощные неперезаряжаемые батареи, которые обеспечивают длительный срок хранения и портативность. Литиевая батарея — одно выдающееся химическое соединение.

6-вольтовая литиевая батарея 28L / PX28L

6-вольтовый неперезаряжаемый элемент, который в основном подходит и доступен для использования в цифровых камерах, а также в электронных ошейниках для собак и электрических ограждениях. У них отличные характеристики и долгий срок службы. Вот список совместимых номеров моделей для литиевых батарей 28L / PX28L: 28A, PX28, PX28A, 4G13, 4LR44, KS28, V28PX, 1406SOP, L544, A544, V34PX, 28PXL. 2CR1 / 3N, 1414A, 1406LC и 2CR11108. На сайте MEGAbatteries .com они предлагаются в одиночном разряде.

перекрестные ссылки на литий-ионные батареи для всех типов

Литий — самый легкий металл. Он имеет наиболее значительный электрохимический потенциал и обеспечивает максимальную удельную энергию для веса. Из-за нестабильности металлического лития во время зарядки исследования были перенесены на неметаллическую литиевую батарею, использующую ионы лития.

Обычно плотность энергии у литий-иона в два раза больше, чем у стандартного никель-кадмия. Нагрузочные характеристики достаточно хороши и аналогичны никель-кадмиевым с точки зрения разряда. Литий-ионный аккумулятор не требует особого обслуживания, чего не может добиться любой другой тип. Нет памяти и нет необходимости в циклическом режиме для продления срока службы батареи. Кроме того, саморазряд меньше по сравнению с никель-кадмиевым, что также делает литий-ионные аккумуляторы хорошо подходящими для современных датчиков уровня топлива. Литий-ионные элементы не причиняют большого вреда при правильном цикле работы

Несмотря на то, что в целом правильная сторона использования литий-ионной батареи, литий-ионная имеет свои недостатки. Он хрупкий, и для его безопасной работы требуется схема защиты. Встроенная в батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время заряда и, таким образом, предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде.

Кроме того, контролируется температура ячейки, чтобы избежать экстремальных температур. Максимальный ток заряда и разряда на большинстве блоков ограничен между 1 и 2 градусами, чтобы исключить металлическое покрытие литием, возникающее из-за перегрева.

Старение также является основной проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители умалчивают об этом. Ухудшение емкости происходит через год, независимо от того, используется он или нет. Обычно они выходят из строя через два-три года. Другие типы также имеют эффекты возрастной дегенерации. Как правило, действительно для металлогидрида никеля при воздействии высоких температур.

Лучшая литий-ионная батарея с точки зрения экономичного отношения к энергии — это цилиндрическая батарея 18650. Эта ячейка предназначена в основном для мобильных вычислений и других приложений, не требующих ультратонкой геометрии. Вот некоторые из преимуществ, которые следует учитывать при сопоставлении литий-ионных аккумуляторов с разными типами:

-Высокая плотность энергии — имеет более высокую потенциальную емкость.

-Не требует регулярной зарядки в новом состоянии.

-Относительно меньший саморазряд.

-Низкое обслуживание, так как периодическая разрядка не требуется.

-Обычно часто используется в сильноточных приложениях, таких как электроинструменты.

стандартные размеры литий-ионных батарей не всегда стандартные

Перезаряжаемые элементы с ионами лития доступны во многих устройствах. Подобно первичным щелочным элементам типа AAA, AA, C и D, мы ежедневно используем их в фонариках, игрушках, игрушках и радиоприемниках. 18650 везде используется в аккумуляторных приложениях. От электромобилей до электроинструментов, ноутбуков, персональной электроники и медицинских устройств.

Почему широко используются 18650? Основная причина — стандартизация. Что не изменилось, так это размер ячейки. Батарея 18650 имеет диаметр 18 мм и высоту 65 мм, отсюда и название 18650. Но даже несмотря на то, что они стандартизированы, многие альтернативные конструкции элементов не достигли такой же популярности. Если размер ячейки никогда не станет широко распространенным, его вряд ли можно назвать стандартным. Кроме того, по мере того, как все больше приложений используют элементы 18650, наиболее популярными размерами стали батареи. Когда ячейки будут общедоступными, многие производители элементов будут предлагать этот размер. Это усиливает конкуренцию с точки зрения затрат, и становится доступным множество источников с широким диапазоном качества продукции. Они рассматривают каждую цену, доставку и производительность своей ячейки в приложении. Восемнадцать тысяч шестьсот пятьдесят батарей всегда имеют ширину 18 мм и высоту 65 мм; не все ячейки 18650 имеют высоту 65 мм. У некоторых есть схема защиты. Эта схема защиты добавляет миллиметры к длине ячейки. Они делают его выше обычного.

Однако некоторые ячейки 18650 содержат схемы защиты, которые увеличивают длину ячейки и могут сделать их слишком большими для предполагаемого применения. Поэтому не забудьте проверить размеры батареи, прежде чем выбирать ее для своего дизайна.

• Предыдущая статья： Безопасность батареи 18650
• Следующая статья： Правила перевозки литиевых батарей 2019 г.

Самые популярные категории

Индивидуальные решения

• Схема конструкции аккумулятора 11,1 В, 6600 мАч портативного сверхзвукового диагностического набора B

• Схема резервного питания 7,4 В 10 Ач медицинского инфузионного насоса

• Решения для литий-ионных аккумуляторов AGV 25,6 В, 38,4 Ач

Аккумуляторы для светодиодных фонарей — все что нужно знать

         В современных светодиодных фонарях используются преимущественно литиевые цилиндрические аккумуляторы. По сравнению с другими типами элементов питания, литиевые, отличаются меньшей массой, большей токоотдачей, относительно высоким рабочим напряжением (до 4.35В), малым саморазрядом. В статье мы раскажем об основных характеристиках и особенностях литиевых аккумуляторов для фонарей.

 

Содержание

• Типоразмеры аккумуляторов для светодиодных фонарей
• Разнообразие литиевых аккумуляторов ICR, IMR, INR, NCR, IFR
• Защищенные и незащищенные литий-ионные аккумуляторы
• Зарядка литий-ионных аккумуляторов
• Аккумуляторы со встроенной зарядкой
• Хранение
• Утилизация литий ионных аккумуляторов

 

Типоразмеры аккумуляторов для светодиодных фонарей

Из всего многообразия типоразмеров литиевых аккумуляторов самыми востребованными являются следующие размеры — 18650, 16340, 14500, 26650. При этом 18650 самый распространненый, он применяется в подавляющем числе моделей фонарей. Первые две цифры указывают на диаметр изделия, вторая пара – на длину. Последний «0» ставится, если батарейки имеют цилиндрическую форму. На рисунок ниже приведен пример для 18650.

Емкость литиевых аккумуляторов зависит от их размеров и химического состава. В таблице ниже приведены средние показатели емкости для самых популярных Li-ion батарей. Важно отметить, что некоторые производители могут указывать на своих батареях завышенную в разы емкость, что не соответсвует действительности! НЕ СУЩЕСТВУЕТ аккумуляторов 18650 ёмкостью выше 3600мА/ч в типоразмере 18650 !

Таблица. Наиболее востребованные размеры литиевых цилиндрических аккумуляторов и их емкость.

Название	Диаметр, мм	Длина, мм	Емкость, мАч
10440(ААА)	10	440	250
14250(АА/2)	14	250	250
14500 (А)	14	500	700
15270(CR2)	15	270	750-850
16340(CR123A)	16	34	750-1500
17500	17	50	1100
18650(168A)	18	65	2200-3600
25500(тип С)	25	50	2500-5000
26650	26	65	2300-5000
32600(тип Д)	32	60	3000-6000

 

Разнообразие литиевых аккумуляторов ICR, IMR, INR, IFR

В настоящее время элементы питания на основе лития являются самыми эффективными. Производители постоянно совершенствует химический техпроцесс и такие важные параметры, как емкость, ток разряда, безопасность использования и, конечно, габариты батареи. На сегодняшний день существует несколько основных химических техпроцессов цилиндрических батарей, отличающихся материалом катода: ICR — на основе кобальта, INR — на основе никеля и марганца, IMR — на основе марганца, NCR — на основе никеля и кобальта c оксидом алюминия в качестве изолятора. IMR и NCR считаются самыми безопасными. Максимальный ток разряда является важной характеристикой, он измеряется в амперах и соотносится с емкостью: например если для аккумулятора емкостью 2500 мАч, написан его максимальный разрядный ток, как 2С, это означает что его максимальный разрядный ток равен 2 *2500 = 5000мА или 5А. В зависимости от катодного состава аккумуляторы имеют различные характеристики, основные из которых приведены в сравнительной таблице:

Защищенные и незащищенные литий-ионные аккумуляторы

Li-ion аккумуляторы чувствительны к глубокому разряду, а также к перезаряду и максимальному току, значения которых не стоит превышать. Для того, чтобы в процессе работы указанные параметры не выходили за пределы на минусовой контакт незащищенного Li-Ion АКБ (их еще называют «ячейка») ставят небольшую электронную плату защиты (зачастую, она именуется просто «защита»). Именно эта плата обеспечивает работу ячейки в допустимом диапазоне напряжений, предохраняет от перегрузки по току и от короткого замыкания.

 

Какой аккумулятор выбрать?

Если вы хотите собрать собственную сборку из нескольких литий-ионных аккумуляторов или заменить аккумулятор в готовой сборке электроустройства (например, шуруповерта), то вам необходим незащищенный литий-ионный аккумулятор. В остальных случаях — необходимо использовать защищенные литий-ионные аккумуляторы.

При выборе защищенного аккумулятора для своего устройства следует учитывать один очень важный момент. Из-за приваренной платы защиты и упаковки в пленку размер аккумулятора становится чуть больше заявленного, изначального размера незащищенного аккумулятора.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

Заряжать литий-ионные аккумуляторы можно только специальными зарядными устройствами.  Ассортимент зарядных устройств для Li-Ion очень велик. При выборе зарядного устройства необходимо обратить внимание на его параметры заряда-разряда, размер слотов и соотнести их с используемыми литий-ионными аккумуляторами для правильной эксплуатации и сохранения работоспособности. Подробнее о выборе зарядного устройства читайте в нашей статье выбираем зарядное устройство для светодиодного фонаря за 4 шага.

Аккумуляторы со встроенной зарядкой

Последнее время стали популярны аккумуляторы 18650 со встроенной непосредственно в них зарядкой с micro-USB портом. Такое решение вполне жизнеспособно, если учитывать ограничение: аккумулятор несколько длинней, ввиду наличия платы защиты и не подойдет для самых мощных фонарей, в которых используются незащищенные аккумуляторы.

 

Хранение

Аккумуляторы имеют саморазряд — это означает, что при хранении они с некоторой скоростью теряют свой заряд. Оптимальными условиями хранения являются: температура 0°C -20°C и уровень заряженности 40%. Именно поэтому с производства аккумуляторы выходят заряженными на 40%, напряжение аккумулятора без нагрузки при этом находится на уровне 3,7-4,0В.

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Через 2 года хранения аккумулятор безвозвратно (не путать с саморазрядом) теряет до 20% своей ёмкости. Из этого следует, что нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться экономией.

Утилизация литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы содержат опасные для здоровья вещества, поэтому ни в коем случае не следует их разбирать в домашних условиях. После того как батарея выработает свой ресурс её необходимо сдать для дальнейшей переработки. В специализированных приёмных пунктах можно получить денежную компенсацию за старый литиевый аккумулятор, ведь такие изделия содержат дорогостоящие элементы, которые могут быть использованы повторно.

ВЫБРАТЬ АККУМУЛЯТОР ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО ФОНАРЯ

Литий-ионные элементы и химические процессы, которые необходимо знать

Члены могут скачать эту статью в формате PDF.

Что вы узнаете:

• Последние тенденции в размерах, форматах и ​​химическом составе литий-ионных аккумуляторов.
• Каковы рабочие характеристики популярных литий-ионных аккумуляторов?
• Кто является основными поставщиками элементов для каждой химии литий-ионных элементов?
  

Основополагающим элементом батарей, питающих все, от бытовой электроники до электромобилей, является литий-ионный элемент.

Литий-ионные элементы, как правило, не являются отдельными частями. Они соединены последовательно и параллельно, образуя окончательную сборку, называемую аккумуляторной батареей. Но для каждого аккумуляторного блока выбранная ячейка определяет срок службы и производительность всей батареи. Эксплуатационные характеристики элемента определяют размер, вес, напряжение, ток, мощность и экологические характеристики конечного аккумуляторного блока.

Литий-ионные элементы бывают трех основных форм-факторов: цилиндрические, призматические (или кирпичные) и плоские прямоугольные литий-полимерные элементы. Стандартные форматы цилиндрических ячеек в металлическом корпусе: 18650 (диаметр 18 мм × высота 65 мм), 21700 (21 × 70 мм) или 26650 (26 × 65 мм). В цилиндрических и призматических ячейках слои материала батареи свернуты внутри, как рулет из желе. Литий-ионные цилиндрические и призматические элементы упаковываются в металлические банки.

Призматические или кирпичные ячейки часто являются экономически эффективными и доступны в бесчисленных размерах. Одной из основных особенностей призматической ячейки является выпускное отверстие с клеммами в верхней части металлической банки. Положительный и отрицательный выводы призматической ячейки представляют собой выступы, выступающие из ячейки. В многоэлементных аккумуляторных блоках с ограниченным пространством рекомендуется использовать призматические элементы, поскольку их прямоугольная форма обеспечивает минимальные воздушные зазоры между элементами.

Литий-полимерные элементы, иногда называемые «ламинатными», доступны в нестандартных размерах. Они могут быть очень тонкими или объемными в зависимости от требуемого формата. Основным преимуществом литий-полимерных аккумуляторов является широкий диапазон доступных форм-факторов. Эти типы ячеек заключены в негибкие пакеты из ламината из алюминиевой фольги толщиной всего 0,1 мм по сравнению с толщиной 0,25–0,40 мм алюминиевых или стальных банок, используемых для заключения цилиндрических или призматических ячеек. В отличие от цилиндрических элементов, в категории литий-полимерных не так много стандартных габаритов. Это приводит к множеству предложений сотовой связи.

Крупные производители смартфонов и других портативных устройств отдают предпочтение литий-полимерным элементам, поскольку они имеют более гибкие габариты. За последнее десятилетие многие персональные компьютеры перешли с цилиндрических элементов на литий-полимерные, что открыло путь к более тонким и легким ноутбукам и планшетам.

Cell Chemistry Trends

Основные химические процессы в литий-ионных элементах определяют рабочие характеристики элементов. За последнее десятилетие было введено множество клеточных химических процессов, и каждая из этих формул выявила четкие тенденции. Наиболее распространенными клеточными химическими веществами являются оксид лития-кобальта (LCO), оксид лития-никеля-кобальта-алюминия (NCA), оксид лития-никеля-марганца-кобальта (NMC) и фосфат лития-железа (LFP).

Десять лет назад LCO был наиболее распространенным химическим веществом для цилиндрических и призматических элементов. Тем не менее, NMC вырвался вперед с лучшими рабочими характеристиками среди всех клеточных химических веществ. Он также более экономичен, так как использует меньше кобальта, который находится в ограниченном количестве и является дорогим.

Никель и марганец улучшают характеристики друг друга, а вариации базовой формулы приводят к более совершенным элементам с большей мощностью. По оценкам отраслевых аналитиков, к 2025 году на NMC будет приходиться 20% всех литий-ионных аккумуляторных элементов на рынке. Кроме того, NMC предпочитают производители электромобилей (EV). Ведущими производителями ячеек NMC являются BYD, LG, Murata, Panasonic/Sanyo и Samsung.

Химия LFP также обеспечивает хорошие электрохимические характеристики с низким импедансом, поскольку в ней используется фосфатный материал для катода. Ключевыми преимуществами являются высокая подача тока и исключительный срок службы, хорошая термическая стабильность и превосходная безопасность в неблагоприятных условиях. Эти типы элементов имеют более безопасный катодный материал, чем батареи NMC, и не разлагаются при более высоких температурах. Литий-ионные элементы, как правило, содержат легковоспламеняющиеся вещества; если они повреждены или перезаряжены, они могут неконтролируемо перегреться в результате теплового разгона. Перегрев может привести к задымлению, возгоранию или даже взрыву.

Батареи LFP обеспечивают наилучшую термическую и химическую стабильность. Кроме того, поскольку LFP имеет меньшую плотность энергии (как по объему, так и по весу) и более высокую стоимость ватт-часа, чем батареи LCO, NCA, NMC или LFP, они идеально подходят для приложений, которым требуются высокая номинальная мощность и длительный срок службы. или повышенные рабочие температуры. Традиционно в конкретных приложениях LCO/NCA/NMC и LFP почти не пересекались. К ведущим производителям ячеек LFP относятся BAK, BYD, CALB и CATL.

Батарейные элементы NMC вытесняют элементы LFP в некоторых приложениях из-за повышения номинальной мощности, высокой плотности энергии и более низкой стоимости ватт-часа. Они также начинают заменять элементы LFP в мощных системах, таких как электроинструменты, батареи для погрузочно-разгрузочного оборудования и силовые агрегаты для электрических автобусов.

Для каждого химического состава элемента существует сегментация внутри каждой категории, поскольку производители аккумуляторов продвигают свою продукцию в сегменте рынка с высокой энергией или большой мощностью. Мы начинаем видеть больше совпадений между мощными NMC и высокоэнергетическими ячейками LFP. Во многих случаях уже нет явно превосходящего химического состава клеток для определенного набора требований к производительности.

Green Cubes Technology производит аккумуляторные батареи для многих промышленных применений, и компания обычно использует элементы NMC или LFP. Разрыв в производительности между NMC и LFP сокращается.

Тенденции форматов ячеек

К обзору: Литий-ионные элементы, упакованные в металлические корпуса, бывают двух форм — цилиндрической и призматической.

Цилиндрические элементы бывают разных форматов, но традиционно самым популярным форматом для аккумуляторных элементов LCO, NCA и NMC был 18650. И когда Panasonic объединилась с Tesla для создания новой батареи для электромобилей, они разработали уникальный элемент 21700 формат.

Увеличение размеров элемента 18650 на несколько миллиметров (рис. 1) приводит к увеличению объема активного материала батареи на 50%. В настоящее время этот размер ячейки поддерживается большинством ведущих производителей ячеек NMC. В результате 18650 и 21700 являются двумя наиболее распространенными форматами для химии NMC. Если вы выберете ячейку 18650 или 21700 для создания аккумуляторной батареи NMC, вы гарантированно найдете альтернативную ячейку с аналогичными характеристиками, учитывая стандартизацию.

По данным отраслевых аналитиков, в 2020 году было отгружено более 2 миллиардов ячеек формата 21700, что на 25% больше, чем в предыдущем году. По другим оценкам, на эти типы элементов также приходилось 24% всех цилиндрических батарей, отгруженных в 2020 году. Ячейка 26650 обычно не сочетается с химией NMC. Меньшие призматические форматы NMC, такие как 103450 (10 × 34 × 50 мм), в последние годы потеряли популярность, поскольку литий-полимерные элементы стали более популярными.

Для ячеек LFP распространены форматы 18650 и 26650; оба, как правило, предлагаются ведущими производителями ячеек LFP (рис. 2) . Это позволяет использовать двойные источники от конкурирующих производителей элементов при выборе элементов LFP для аккумуляторной батареи. Формат 26650 был в значительной степени ограничен химией ячеек LFP. Большие призматические ячейки LFP емкостью от 50 до 100 А·ч за последние несколько лет приобрели большую популярность.

Призматические форматы LFP большего размера обычно используются в электромобилях или промышленном оборудовании, таком как вилочные погрузчики (рис. 3) . Эти аккумуляторы классифицируются как средне- или крупногабаритные и требуют очень высокой мощности. К сожалению, стандартов для крупноформатных призматических элементов LFP недостаточно, поэтому любой элемент, выбранный для аккумуляторной батареи, будет поставляться из одного источника от конкретного производителя.

Заключение

При разработке мобильного или портативного устройства, в котором для питания используются литий-ионные аккумуляторы, важно помнить о различных форматах и ​​химических элементах, представленных на рынке. Выбор ячейки является наиболее важным решением на ранней стадии проектирования не только аккумуляторной батареи, но и конечного устройства. Выбор литий-ионного формата и химического состава с учетом рыночного импульса может помочь гарантировать длительный жизненный цикл элемента и предоставить дорожную карту повышения производительности и снижения затрат на протяжении всего срока службы элемента.

В чем разница между 18650, 21700, 30700, 4680 и другими литий-ионными аккумуляторами

Существует много размеров цилиндрических литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, и их количество продолжает расти. Некоторые оптимизированы для использования в простых устройствах, таких как игрушки и фонарики; другие в основном используются для питания портативной электроники и электромобилей. Этот FAQ начинается с обзора широкого ассортимента цилиндрических литий-ионных аккумуляторов, включая защищенные и незащищенные элементы для различных приложений. Затем в нем проводится более глубокое сравнение двух наиболее распространенных на сегодняшний день форматов, 18650 и 21700. Он закрывает взгляд в будущее, включая более крупные форматы и усовершенствования методов построения ячеек и блоков, что приведет к разработке высокопроизводительных систем хранения энергии.

Элементы защиты аккумулятора

Различные цилиндрические литий-ионные аккумуляторы предлагаются в защищенной и незащищенной упаковке. Большинство электронного оборудования, электромобилей и других коммерческих приложений предпочитают незащищенные батареи из-за их более высокой емкости и более низких цен; в этих приложениях защита аккумулятора встроена в систему, а не в аккумулятор.

Потребительские батареи предлагаются как в защищенном, так и в незащищенном исполнении. Защищенные батареи безопаснее использовать в простых устройствах, таких как фонарики и игрушки (Рисунок 1) . Общие элементы защиты батареи защищают от чрезмерных токов и перегрева, высокого внутреннего давления и условий перенапряжения и включают:

• Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) для защиты от перегрева и косвенного перегрузки по току. PTC автоматически сбрасываются при устранении неисправности.
• Устройство прерывания тока (CID) встроено в большинство моделей 18650 и других больших форматов. Это клапан давления, расположенный рядом с PTC для отключения ячейки, если внутреннее давление становится слишком высоким.
• Оплавление язычка/вывода (плавкая вставка) может быть включено для разрыва цепи в условиях перенапряжения.
• Печатная плата (PCB) обеспечивает защиту от переразряда, перезаряда и перегрузки по току. Некоторые печатные платы защиты являются сбрасываемыми и сбрасываются автоматически или при помещении элемента в зарядное устройство.

Рисунок 1: Конструкция защищенной батареи с некоторыми основными устройствами защиты. (Изображение: lygte-info)

Стандартные размеры цилиндрических литий-ионных аккумуляторов включают:

• 14500 — меньше, но по размеру похожа на основную батарею AA. Емкость обычно не превышает 1000 мАч.
• 16340 — по размеру близок к основной батарее CR123A, но перезаряжаемый 16340 обычно немного длиннее. 16340 имеет номинальное напряжение 3,6/3,7 В, а CR123A имеет номинальное напряжение 3,0 В. Типичная емкость ячеек 16340 составляет от 700 до 800 мАч.
• 18650 – длиннее и шире в диаметре по сравнению с батареей АА. Хотя 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 65 мм, между производителями могут быть незначительные различия в размерах. Аккумуляторы 18650 обычно имеют напряжение 3,6/3,7 В и емкость от 2300 до 3600 мАч.
• 21700 — были разработаны для замены аккумуляторов 18650 большей емкости и большей емкости. Как и 18650, 21700 имеет номинальное напряжение 3,6/3,7 В. 21700 был разработан для замены 18650 в аккумуляторных батареях электромобилей. Емкость этих аккумуляторов колеблется примерно от 4000 до 5000 мАч.
• 26650 — изначально были разработаны для высокоскоростных приложений, таких как фонарики. Они доступны от более ограниченного числа производителей, чем меньшие форматы, и могут иметь емкость до 10 000 мАч.

Сравнение конструкции цилиндрических ячеек

Цилиндрические ячейки производятся с использованием намотанных электродов. Преимущество этого заключается в более быстром производстве по сравнению с различными форматами в стопках и пакетах. Такие ячейки, как 18650 и 21700, представляют собой намотанные рулоны желейного формата, имеющие форму спирали Архимеда. Периодическое расстояние между витками желейного вала составляет d _ascs и является ключевым параметром, определяющим производительность ячеек. В этих ячейках d _ascs , представляет собой сумму толщин катода и анода (оба с двусторонним покрытием) и удвоенной толщины сепаратора (рис. 2) . Сопротивление ячейки и характеристики нагрева напрямую связаны с d _ascs . Более высокие значения d _ascs приводят к более высоким максимальным температурам при полном разряде.

Рис. 2: Архимедова спираль (а) и пример периодического витка (dascs) в желейной структуре цилиндрических ячеек (б). (Изображение: Журнал источников энергии)

В результате большего количества активных материалов аккумуляторы 20700 имеют увеличенную емкость более чем на 0,9 Ач, а аккумуляторы 21700 имеют увеличенную емкость примерно на 1,35 Ач по сравнению с аккумуляторами 18650. Увеличение размера ячейки приводит к лучшему соотношению материалов, накапливающих энергию, по сравнению с материалами, не хранящими энергию. Ожидается, что использование еще более крупных форматов, таких как форматы 22700, 25700 и 30700, приведет к увеличению емкости на одну высокоэнергетическую ячейку на 1,8 Ач, 3,1 Ач и 5,8 Ач соответственно по сравнению с 18650 9.0087 (Рисунок 3) .

Рис. 3. Дополнительные обмотки в форматах от 20700 до 30700 обеспечивают более высокую мощность и плотность энергии, чем 18650. (Изображение: Journal of Power Sources)

Некоторые сходства и различия между 18650 и 21700 включают: и кривые напряжения разряда совпадают примерно до 0,5С для обоих форматов. Более сильный нагрев и более низкое сопротивление ячеек 21700, чем у 18650, приводит к более высокой поляризации у 18650 и отклонениям между кривыми напряжения для двух форматов при более высоких скоростях C.

21700 имеет примерно на 50% большую емкость и плотность энергии, чем 18650, для скоростей разряда примерно до 3,75°C.

Повышение удельной энергии и плотности энергии для 21700 ниже и составляет от 2% до 6%, в зависимости от внутренней конструкции ячейки .

Затухание емкости в зависимости от количества циклов одинаково и линейно для обоих форматов при скорости 1°C и температуре окружающей среды 25°C.

Информация об уровне упаковки

По мере того, как разработчики переходят от 21700 ячеек к более крупным 25700 или даже 30700 ячейкам, ожидается, что затраты на упаковку сократятся из-за необходимости меньшего количества ячеек для хранения заданного количества энергии. Например, увеличение количества ячеек с 18 650 до 21 700 означает, что для получения того же общего запаса энергии (рис. 4) потребуется на одну треть меньше ячеек.

Рис. 4. На один блок требуется на 33 % меньше элементов на Втч при использовании элементов 21 700 по сравнению с комплектом из 18 650 элементов. (Изображение: журнал Электрохимического общества)

Меньшее количество элементов означает, что система управления батареями (BMS) для пакета, состоящего из 21700 элементов, должна будет контролировать на треть меньше элементов, что снижает сложность и стоимость. Процент пространства в пустотах между ячейками будет примерно одинаковым для пачки 18650 и пачки 21700 ячеек. В результате количество охлаждающей жидкости в пустотах будет одинаковым, и общий объем упаковки на Втч также будет аналогичным. Конечно, аккумулятор с использованием элементов 21700 будет как минимум на 5 мм выше по сравнению с эквивалентным накопителем энергии с использованием элементов 18650, поэтому простая модернизация обычно невозможна.

От 21700 до 4680

По словам Tesla, все еще находящаяся в разработке ячейка 4680 обещает дальнейшее повышение производительности, в том числе в 5 раз больше ватт-часов и 6 раз больше ватт, чтобы обеспечить на 16% больший запас хода, чем ячейки 21700. 4680 — это не просто ячейка большего размера; он включает новую конструкцию электрода «без стола».

По мере того, как цилиндрические ячейки становятся все больше и больше в диаметре, рассеивание тепла в ядре ухудшается. Новая конструкция «без стола» передает тепло в осевом направлении через алюминиевые и медные токосъемники на дно элемента, обеспечивая эффективное охлаждение нижней стороны аккумуляторной батареи и более равномерный температурный профиль внутри отдельных элементов (Рисунок 5) . Ожидается, что улучшенное управление температурным режимом будет поддерживать более быструю зарядку и разрядку.

Рис. 5: Термоперенос 4680 обеспечивает более равномерный температурный профиль внутри отдельных ячеек. (Изображение: Enpower)

21700 для электроинструментов

Подобно предлагаемым элементам 4680, блоки из 21700 элементов, предназначенные для электроинструментов, имеют улучшенную упаковку для повышения производительности. Например, стандартная батарея на 18 В, использующая элементы 18650, может выдавать до 800 Вт выходной мощности. Более новые блоки на основе элементов 21700 могут производить до 1440 Вт, что на 80% больше. Как отмечалось выше, 21700 по своей природе имеет примерно на 50% большую емкость и плотность энергии, чем 18650, для скоростей разряда примерно до 3,75 ° C, так откуда берется дополнительная производительность?

Это упаковка. В блоках 21700 используются сварные соединители элементов, медные торцевые пластины и шины питания для снижения сопротивления в корпусе. Кроме того, улучшенное управление температурным режимом отводит от ячеек примерно на 20 % больше тепла. В результате время работы увеличилось на 100 % по сравнению с аккумуляторами 18650, а мощность увеличилась на 80 %.

Сочетание элементов 21700 и усовершенствованной технологии упаковки позволяет создавать аккумуляторные блоки с превосходными характеристиками, которые позволяют использовать новые приложения помимо портативных электроинструментов. Электроэнергетическое оборудование для ландшафтного дизайна и ухода за газонами, строительное оборудование с батарейным питанием и портативные инверторы большой емкости с батарейным питанием выходят на рынок с использованием этих аккумуляторных блоков премиум-класса. А более высокая добавленная стоимость пакетов премиум-класса поддерживает добавление дополнительных функций, таких как смарт-пакеты со встроенными микропроцессорами и связью Bluetooth, которые можно использовать для обеспечения контроля паролем пакетов, повышения безопасности, пользователи могут устанавливать уведомления и удаленно проверить состояние батареи.