Die traditionelle 18650-Batterie ist mit einer ausgereiften Lieferkette und niedrigen Kosten eine ideale Lithium-Ionen-Batterie, die im Bereich der Unterhaltungselektronik breite Anwendung gefunden hat. Allerdings ist beim Einsatz im Elektrofahrzeugbereich aufgrund der geringeren Kapazität oft der Zusammenbau von Zehntausenden Einzelzellen zu Batteriepaketen erforderlich, was die Komplexität des Batteriepaketmanagements deutlich erhöht. Daher wurde unter der Führung von Tesla ein Sturm des Austauschs von 18650-Batterien durch 21700-Batterien eingeleitet. Hier werde ich eine umfassende Einführung geben.
Sowohl die 18650-Zelle als auch die 21700-Zelle werden nach ihren Abmessungen benannt. Die 18650-Zelle hat eine Länge von 65 Millimetern und einen Durchmesser von 18 Millimetern, während die 21700-Zelle 70 Millimeter lang und 21 Millimeter breit ist. Diese beiden Zelltypen weisen einen erheblichen Größenunterschied auf, wobei einer deutlich größer ist als der andere. Dieser Größenunterschied ermöglicht der 21700-Zelle eine größere Kapazität und damit eine höhere Leistung im Vergleich zur 18650-Zelle.
· Ähnlichkeiten zwischen 18650 und 21700 Zellen:
- Bei beiden handelt es sich um Lithium-Ionen-Akkus mit hohen Entladeraten.
- Sowohl 18650- als auch 21700-Zellen haben die gleiche Spannung, die 3,7 V beträgt.
- Beide Zelltypen haben eine relativ lange Lebensdauer.
- Funktionsprinzip von Zellen: Beim Laden einer Batterie werden an der positiven Elektrode der Batterie Lithiumionen erzeugt. Diese erzeugten Lithiumionen wandern durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Die negative Elektrode, typischerweise aus Schichtgraphit, enthält viele Mikroporen. Die Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen, werden in diesen Mikroporen eingebettet. Je mehr Lithium-Ionen eingelagert sind, desto höher ist die Ladekapazität des Akkus.
· Unterschiede zwischen 18650- und 21700-Batterien:
(1) Größe
Wie bereits erwähnt, ist der 18650-Akku 65 Millimeter lang und hat einen Durchmesser von 18 Millimetern, während der 21700-Akku 70 Millimeter lang und 21 Millimeter breit ist.
(2) Kapazität
18650-Akkus haben typischerweise Kapazitäten zwischen 1200 mAh und 3600 mAh, während 21700-Akkus im Allgemeinen Kapazitäten zwischen 3000 mAh und 5000 mAh bieten.
(3) Gewicht
Das Gewicht eines 18650-Akkus beträgt etwa 48 Gramm, während ein 21700-Akku etwa 60 Gramm wiegt. (Das Gewicht kann je nach Spezifikationen leicht variieren.)
(4) Preis
Aufgrund der aktualisierten Funktionen und Fähigkeiten von 21700-Batterien sind sie im Vergleich zu 18650-Batterien tendenziell teurer.
(5) Anwendungsbereiche
18650-Batterien werden häufig in Geräten mit geringerem Strombedarf verwendet, z. B. in tragbaren elektronischen Geräten, Laptop-Akkus und elektronischen Zigaretten. Im Gegensatz dazu werden 21700-Batterien mit ihrer höheren Energiedichte und besseren Leistung typischerweise in hochwertigen elektronischen Geräten eingesetzt, darunter unter anderem Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge und leistungsstarke tragbare Beleuchtung.
· Funktionsprinzip von Zellen
Beim Laden einer Batterie werden an der positiven Elektrode der Batterie Lithiumionen erzeugt. Diese erzeugten Lithiumionen wandern dann durch den Elektrolyten in Richtung der negativen Elektrode. Die negative Elektrode, die typischerweise aus Schichtgraphit besteht, enthält zahlreiche Mikroporen. Die Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen, werden in den Mikroporen der Kohlenstoffschichten eingebettet. Je mehr Lithium-Ionen eingelagert sind, desto höher ist die Ladekapazität des Akkus.
· Anwendungsbereiche von 18650- und 21700-Batterien:
18650-Batterien werden häufig in Geräten mit geringerem Strombedarf verwendet, wie z. B. tragbaren elektronischen Geräten, Laptop-Batterien und elektronischen Zigaretten sowie anderen tragbaren Geräten.
21700-Batterien werden aufgrund ihrer höheren Energiedichte und besseren Leistungseigenschaften typischerweise in hochwertigen elektronischen Geräten eingesetzt. Zu diesen Anwendungen gehören Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge, medizinische Diagnoseinstrumente, medizinische USV-Systeme, Elektrorollstühle und mehr.
Elektronische Geräte wie Notstromleuchten, tragbare Mediaplayer und Bluetooth-Lautsprecher verwenden häufig 18650-Batterien als Stromquelle. Elektrofahrräder und Elektroautos können jedoch sowohl 21700- als auch 18650-Zellen für ihren Strombedarf nutzen.
· Kann ein 18650-Ladegerät zum Laden eines 21700-Akkus verwendet werden?
Ja, Ladegeräte, die für 18650-Zellen ausgelegt sind, können zum Laden von 21700-Zellen verwendet werden. Ladegeräte sind nicht von der Kapazität der Zelle abhängig, daher laden sie 21700 Zellen auf die gleiche Weise wie 18650 Zellen. Im Vergleich zu 18650-Zellen können 21700-Zellen die gleichen oder sogar höhere Ladeströme unterstützen.
· Können 21700-Batterien als Ersatz für 18650-Batterien verwendet werden?
Ja, 21700-Akkus können als Ersatz für 18650-Akkus verwendet werden, sofern keine Größenbeschränkungen bestehen, da sich die Abmessungen von 21700-Zellen von denen von 18650-Zellen unterscheiden.
· Vorteile von 21700-Batterien:
Aufgrund der höheren Energiedichte einzelner Zellen wird nur ein Drittel der Zellen benötigt, was die Komplexität des Systemmanagements reduziert. Dies wiederum verringert den Einsatz von Metallen und elektronischen Bauteilen und reduziert das Gewicht von Lithiumbatterien deutlich. Die Gesamtenergiedichte wird bis zu einem gewissen Grad verbessert.
Durch die größere Kapazität der einzelnen Zellen wird die Anzahl der benötigten Zellen in einem Akkupack bei Verwendung von 21700-Zellen stark reduziert.
21700-Batterien bieten im Vergleich zu den bekannten 18650-Batterien eine höhere Energiedichte, und die Kosten können bei Verwendung in großen Mengen sogar sinken. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 21700-Batterien die hohe Zuverlässigkeit und stabile Leistung von 18650-Batterien beibehalten und gleichzeitig in verschiedenen Aspekten erhebliche Verbesserungen der Batterieleistung bieten.
· Nachteile von 18650- und 21700-Batterien:
Im Vergleich zu 18650-Akkus haben 21700-Akkus eine größere Kapazität, erfordern aber auch längere Ladezeiten. Die größere Größe von 21700-Zellen kann ihre Zyklenlebensdauer verkürzen, die Batteriesicherheit und die Anpassungsfähigkeit verringern. Sicherheitsbedenken beziehen sich in erster Linie auf die Möglichkeit einer übermäßigen Wärmeentwicklung aufgrund ihrer höheren Kapazität. Auch die Herstellungskosten von 21700-Batterien sind relativ hoch.
18650-Akkus sind wie andere Lithium-Ionen-Akkus anfälliger für Überladung und Tiefentladung und ihre Kapazität nimmt mit der Zeit tendenziell ab.
In Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und einigen Hochleistungsfeldern bieten 18650-Batterien möglicherweise nicht genügend Kapazität. Eine einzelne 18650-Zelle hat typischerweise eine maximale Kapazität von 3,5 Ah, und für eine höhere Energiedichte und Kosteneffizienz ist dies möglicherweise nicht machbar. Dies führt dazu, dass eine größere Anzahl von Zellen in Batteriemodulen erforderlich ist, was die Kosten und Komplexität des Batteriemanagements erhöht. 21700-Zellen hingegen sind etwas größer und bieten eine höhere Kapazität, sodass sie für Anwendungen mit hohen Kapazitätsanforderungen geeignet sind.
· Anwendungsbereiche von 18650- und 21700-Batterien:
18650-Batterien werden häufig in Geräten mit geringerem Strombedarf verwendet, wie z. B. tragbaren elektronischen Geräten, Laptop-Batterien und elektronischen Zigaretten sowie anderen tragbaren Geräten.
21700-Batterien werden aufgrund ihrer höheren Energiedichte und besseren Leistungseigenschaften typischerweise in hochwertigen elektronischen Geräten eingesetzt. Zu diesen Anwendungen gehören Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge, medizinische Diagnoseinstrumente, medizinische USV-Systeme, Elektrorollstühle und mehr.
Elektronische Geräte wie Notstromleuchten, tragbare Mediaplayer und Bluetooth-Lautsprecher verwenden häufig 18650-Batterien als Stromquelle. Elektrofahrräder und Elektroautos können jedoch sowohl 21700- als auch 18650-Zellen für ihren Strombedarf nutzen.
· Wie wähle ich zwischen 18650 und 21700 Batteriezellen?
Der Hauptvorteil von 21700-Akkus gegenüber 18650-Akkus ist ihre erhöhte Kapazität, die zu einer längeren Laufzeit führt. 18650-Akkus bieten typischerweise eine Kapazität von 1,5 Ah (1500 mAh) bis 3,0 Ah (3000 mAh). High-End-18650-Batterien (3,0 Ah) stehen vor Produktionsherausforderungen, weshalb sich viele Hersteller für 2,5 Ah (2500 mAh)-Batterien entscheiden. Im Gegensatz dazu beginnen 21700-Akkus, die üblicherweise in Elektrowerkzeugen verwendet werden, mit einer Kapazität von 3,0 Ah (3000 mAh) und können bis zu 4,0 Ah (4000 mAh) betragen. Das bedeutet, dass Sie kompakte (1P) Akkupacks mit der Bezeichnung 3Ah oder 4Ah finden können, während größere (3P) Akkupacks bis zu 12Ah erreichen können.
Hier ist ein Kapazitätsvergleich für typische Akkus für Elektrowerkzeuge:
18650:
Kompakter 1P-Akku: 2,0 Ah–3,0 Ah (36 Wh–54 Wh) Standard-2P-Akku: 4,0 Ah–6,0 Ah (72 Wh bis 108 Wh) Hochleistungs-3P-Akku: 9,0 Ah (162 Wh) 21700:
Kompakter 1P-Akku: 3,0 Ah–4,0 Ah (54 Wh–72 Wh) Standard-2P-Akku: 6,0 Ah–8,0 Ah (108 Wh–144 Wh) Hochleistungs-3P-Akku: 9 Ah–12 Ah (162 Wh–216 Wh) Bei Auswahl zwischen 18650 und 21700 Lithium-Ionen-Akkus für Elektrowerkzeuge, die Entscheidung hängt von Ihrer spezifischen Anwendung ab. 18650-Akkus sind aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts tragbarer, während 21700-Akkus eine größere Kapazität und längere Laufzeit bieten, aber größere Abmessungen und ein größeres Gewicht haben. In der Praxis können beide die Anforderungen von Elektrowerkzeugen erfüllen. Ihre Wahl sollte auf den spezifischen Anforderungen Ihrer Tools und Anwendungen basieren.
·Typische Anwendungen von 21700 Batteriezellen
Eine typische Anwendung für 21700-Zellen ist das Tesla Model 3, das Panasonic 21700 5000-mAh-Batterien verwendet.
