Die Lithiumbatterieindustrie hat erhebliche Fortschritte gemacht, um den steigenden Strombedarf von Elektronik und Geräten, einschließlich Elektrowerkzeugen, Autos und medizinischen Geräten, zu decken. In den letzten zwei Jahrzehnten Verschiedene Größen und Formen von Lithiumbatterien wurden als Reaktion auf die schwankende Nachfrage produziert. Zylindrische Zellenmodelle verzeichneten ein enormes Wachstum, wobei die Modelle 18650 und 21700 um Größe und Kapazität konkurrieren.
Grundlagen der 18650-Batteriezelle
Die 18650-Batteriezelle, die Panasonic 1994 auf den Markt brachte und 2013 optimierte, hat einen Durchmesser von 18 mm und eine Länge von 65 mm. Es hat Kapazitäten von 1.200 mAh bis 3.600 mAh und arbeitet mit etwa 3,6 bis 3,7 Volt.
Die Nachfrage erreichte etwa 2011 ihren Höhepunkt aufgrund des Aufkommens von Elektrofahrzeugen wie Tesla, Drohnen und medizinischen Geräten, sodass in diesem Jahr fast 2,55 Milliarden Zellen produziert wurden.
Allerdings ist die Nachfrage zurückgegangen, da sich die Elektronik hin zu schlankeren Designs bewegt, die eine höhere Leistung erfordern. Bedenken hinsichtlich eines möglichen Batteriemangels für Elektrofahrzeuge führten dazu, dass die Hersteller zu viel Zellen lieferten.
Um den wachsenden Bedarf an Batterien mit höherer Kapazität zu decken, sind möglicherweise neuere Modelle wie der 21700 erforderlich.
Grundlagen der 21700-Batteriezelle
Die 21700-Zellen, die 2017 von Panasonic und Tesla eingeführt wurden, haben einen Durchmesser von 21 mm und eine Länge von 70 mm.
Sie sind größer als die 18650-Zellen und bieten eine Kapazität von 4.000 bis 5.000 mAh bei einer Nennspannung von 3,6 bis 3,7 Volt.
Diese zylindrischen Batterien sind als geschützte (mit Sicherheitsfunktionen) oder ungeschützte (ohne Sicherheitsfunktionen) erhältlich und können flach sein oder ein Button-Top-Design haben, das speziell als Ersatz für den 18650 in Elektrofahrzeugen entwickelt wurde.
Vergleich der Zellen 18650 und 21700
Zellkapazität
Die Akkukapazität von 18650 Zellen ist aufgrund ihrer Größe auf etwa 3.600 mAh begrenzt.
Im Gegensatz dazu kann der 21700-Akku eine maximale Kapazität von 5.000 mAh erreichen, was einer Steigerung von 42 % entspricht.
Kosten
Offiziellen Informationen von Tesla zufolge kostet das 21700-Lithiumbatteriesystem 155 US-Dollar/kWh, während das 18650-System 171 US-Dollar/kWh kostet, was zu einer Kostenreduzierung von etwa 9 % führt.
Die höheren Kosten des 18650 sind darauf zurückzuführen, dass mehr Rohstoffe benötigt werden, um die gleiche Kapazität zu erreichen. Beispielsweise benötigt eine 100-Ah-Batterie 20 Einheiten mit 5.000 mAh 21700-Zellen, aber 30 Einheiten mit 3.300 mAh 18650-Zellen.
Energiedichte
Der 21700-Akku verfügt über eine Energiedichte von fast 300 Wh/kg, während der 18650 nur 250 Wh/kg erreicht. Das bedeutet, dass die Energiedichte des 21700 fast 20 % höher ist als die des 18650.
Anwendung
- 21700: Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge, Hochleistungselektronik, Drohnen
- 18650: Taschenlampen, Dampfgeräte, tragbare Ladegeräte
Vorwegnahme zukünftiger Trends in der Batterieindustrie
Die Elektronik- und Automobilbranche setzt wegen der Fertigungseffizienz und der höheren Kapazität auf 21700-Lithiumzellen um.
Während Pouch-Zellen möglicherweise höhere Produktionskosten haben, bieten sowohl 18650- als auch 21700-Zellen Möglichkeiten zur Kostensenkung. Es wird erwartet, dass technologische Fortschritte die Herstellungskosten für Pouch-Zellen im Laufe der Zeit senken werden.
Die längere Laufzeit des 21700 macht ihn zu einem geeigneten Ersatz für den 18650; Allerdings werden Hersteller weiterhin 18650-Zellen verwenden, wenn kleinere Größen oder geringere Kapazitäten benötigt werden.
Da sich die Branche weiterentwickelt, werden leichte Batterien mit anpassungsfähigen Designs weiterhin gefragt sein, was zu einer Verlagerung hin zu Zellen mit höherer Kapazität führt und gleichzeitig einen reibungslosen Übergang von 18650 auf 21700 ohne vollständige Neukonstruktionen ermöglicht.
Abschluss
Führende Zellhersteller wechseln vom 18650er- zum 21700er-Zellenmodell. Mit zunehmender Verbreitung dieses Designs werden je nach Anwendungsanforderungen Variationen entstehen. Ein wichtiger Gesichtspunkt ist das Potenzial für Flachzellen; Wenn eine flache Zelle die Leistung einer zylindrischen 21700 erreicht, wird die Nachfrage stark ansteigen.
Die Nachfrage nach 18650-Zellen wird jedoch in militärischen, medizinischen und Automobilanwendungen bestehen bleiben. Da der Markt mit 21700-Designs gesättigt ist, könnten Hersteller die Produktion von 18650-Batterien reduzieren. Beratung mit a Hersteller von Akkupacks Wie Holo Battery kann Unternehmen dabei helfen, den aktuellen Batteriebedarf einzuschätzen und zukünftige Änderungen im Zuge der technologischen Weiterentwicklung zu antizipieren.
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