La tradizionale batteria 18650, con una catena di fornitura matura e un costo contenuto, è una batteria ideale agli ioni di litio che ha trovato ampie applicazioni nel campo dell'elettronica di consumo. Tuttavia, a causa della loro minore capacità, quando utilizzati nel settore dei veicoli elettrici, spesso è necessario assemblare decine di migliaia di singole celle nei pacchi batteria, il che aumenta significativamente la complessità della gestione dei pacchi batterie. Pertanto, sotto la guida di Tesla, è stata avviata una tempesta di sostituzione delle batterie 18650 con batterie 21700. Qui fornirò un'introduzione completa.
Sia la cella 18650 che la cella 21700 prendono il nome in base alle loro dimensioni. La cella 18650 ha una lunghezza di 65 millimetri e un diametro di 18 millimetri, mentre la cella 21700 è lunga 70 millimetri e larga 21 millimetri. Questi due tipi di cellule hanno una differenza di dimensioni significativa, essendo uno notevolmente più grande dell'altro. Questa differenza dimensionale consente alla cella 21700 di avere una capacità maggiore e, di conseguenza, una potenza maggiore rispetto alla cella 18650.
· Somiglianze tra 18650 e 21700 celle:
- Sono entrambe batterie agli ioni di litio e hanno velocità di scarica elevate.
- Sia le celle 18650 che quelle 21700 hanno la stessa tensione, ovvero 3,7 V.
- Entrambi i tipi di cellule hanno una durata di vita relativamente lunga.
- Principio di funzionamento delle celle: durante la ricarica di una batteria, gli ioni di litio vengono generati sull'elettrodo positivo della batteria. Questi ioni di litio generati si spostano attraverso l'elettrolita fino all'elettrodo negativo. L'elettrodo negativo, tipicamente costituito da grafite stratificata, contiene molti micropori. Gli ioni di litio che raggiungono l'elettrodo negativo si incastonano in questi micropori. Maggiore è il numero di ioni di litio incorporati, maggiore è la capacità di carica della batteria.
· Differenze tra le batterie 18650 e 21700:
(1) Dimensioni
Come accennato in precedenza, la batteria 18650 è lunga 65 millimetri e ha un diametro di 18 millimetri, mentre la batteria 21700 è lunga 70 millimetri e larga 21 millimetri.
(2) Capacità
Le batterie 18650 in genere hanno capacità che vanno da 1200 mAh a 3600 mAh, mentre le batterie 21700 generalmente offrono capacità comprese tra 3000 mAh e 5000 mAh.
(3) Peso
Il peso di una batteria 18650 è di circa 48 grammi, mentre una batteria 21700 pesa circa 60 grammi. (Il peso può variare leggermente a seconda delle specifiche.)
(4) Prezzo
A causa delle caratteristiche e delle capacità aggiornate delle batterie 21700, tendono ad essere più costose rispetto alle batterie 18650.
(5) Aree di applicazione
Le batterie 18650 sono comunemente utilizzate in dispositivi con requisiti di alimentazione inferiori, come dispositivi elettronici portatili, pacchi batteria per laptop e sigarette elettroniche. Al contrario, le batterie 21700, con la loro maggiore densità energetica e prestazioni migliori, sono generalmente utilizzate in dispositivi elettronici di fascia alta, tra cui veicoli elettrici, utensili elettrici e illuminazione portatile ad alte prestazioni, tra gli altri.
· Principio di funzionamento delle cellule
Quando una batteria è carica, vengono generati ioni di litio sull'elettrodo positivo della batteria. Questi ioni di litio generati si spostano quindi attraverso l'elettrolita verso l'elettrodo negativo. L'elettrodo negativo, tipicamente composto da grafite stratificata, contiene numerosi micropori. Gli ioni di litio che raggiungono l'elettrodo negativo si incastonano nei micropori degli strati di carbonio. Maggiore è il numero di ioni di litio incorporati, maggiore è la capacità di carica della batteria.
· Aree di applicazione delle batterie 18650 e 21700:
Le batterie 18650 sono comunemente utilizzate in dispositivi con requisiti energetici inferiori, come dispositivi elettronici portatili, batterie per laptop e sigarette elettroniche, tra gli altri dispositivi portatili.
Le batterie 21700, grazie alla loro maggiore densità di energia e alle migliori caratteristiche prestazionali, sono generalmente utilizzate nei dispositivi elettronici di fascia alta. Queste applicazioni includono veicoli elettrici, utensili elettrici, strumenti diagnostici medici, sistemi UPS medici, sedie a rotelle elettriche e altro ancora.
I dispositivi elettronici come luci di emergenza, lettori multimediali portatili e altoparlanti Bluetooth utilizzano spesso batterie 18650 come fonte di alimentazione. Tuttavia, le biciclette elettriche e le auto elettriche possono utilizzare sia celle 21700 che 18650 per il loro fabbisogno energetico.
· È possibile utilizzare un caricabatterie 18650 per caricare una batteria 21700?
Sì, i caricabatterie progettati per celle 18650 possono essere utilizzati per caricare celle 21700. I caricabatterie non dipendono dalla capacità della cella, quindi caricheranno 21700 celle nello stesso modo in cui caricano 18650 celle. Rispetto alle celle 18650, le celle 21700 possono supportare correnti di carica uguali o addirittura superiori.
· Le batterie 21700 possono essere utilizzate in sostituzione delle batterie 18650?
Sì, le batterie 21700 possono essere utilizzate in sostituzione delle batterie 18650 purché non vi siano vincoli di dimensione, in quanto le dimensioni delle celle 21700 sono diverse da quelle delle celle 18650.
· Vantaggi delle batterie 21700:
A causa della maggiore densità energetica delle singole celle, è necessario solo un terzo delle celle, il che riduce la complessità della gestione del sistema. Ciò, a sua volta, diminuisce l’uso di metalli e componenti elettronici, riducendo significativamente il peso delle batterie al litio. La densità energetica complessiva sarà migliorata in una certa misura.
Con la maggiore capacità delle singole celle, il numero di celle richieste in un pacco batteria sarà notevolmente ridotto quando si utilizzano 21700 celle.
Le batterie 21700 offrono una densità di energia maggiore rispetto alle note batterie 18650 e il costo può effettivamente diminuire se utilizzate in grandi quantità. In sintesi, le batterie 21700 mantengono l'elevata affidabilità e le prestazioni stabili delle batterie 18650 fornendo allo stesso tempo miglioramenti significativi nelle prestazioni della batteria sotto vari aspetti.
· Svantaggi delle batterie 18650 e 21700:
Rispetto alle batterie 18650, le batterie 21700 hanno una capacità maggiore ma richiedono anche tempi di ricarica più lunghi. Le dimensioni maggiori delle celle 21700 possono ridurne la durata del ciclo, ridurre la sicurezza della batteria e l'adattabilità. Le preoccupazioni per la sicurezza ruotano principalmente attorno al potenziale di generazione eccessiva di calore a causa della loro maggiore capacità. Anche il costo di produzione delle batterie 21700 è relativamente elevato.
Le batterie 18650 sono più soggette a sovraccarico e scaricamento eccessivo, come altre batterie agli ioni di litio, e la loro capacità tende a diminuire nel tempo.
In applicazioni come i veicoli elettrici e alcuni campi ad alta potenza, le batterie 18650 potrebbero non fornire una capacità sufficiente. Una singola cella 18650 ha in genere una capacità massima di 3,5 Ah e, per una maggiore densità energetica ed efficienza in termini di costi, potrebbe non essere fattibile. Ciò comporta la necessità di un numero maggiore di celle nei moduli batteria, aumentando il costo e la complessità della gestione della batteria. Le celle 21700, invece, sono leggermente più grandi e offrono una capacità maggiore, rendendole adatte ad applicazioni con requisiti di capacità elevata.
· Aree di applicazione delle batterie 18650 e 21700:
Le batterie 18650 sono comunemente utilizzate in dispositivi con requisiti energetici inferiori, come dispositivi elettronici portatili, batterie per laptop e sigarette elettroniche, tra gli altri dispositivi portatili.
Le batterie 21700, grazie alla loro maggiore densità di energia e alle migliori caratteristiche prestazionali, sono generalmente utilizzate nei dispositivi elettronici di fascia alta. Queste applicazioni includono veicoli elettrici, utensili elettrici, strumenti diagnostici medici, sistemi UPS medici, sedie a rotelle elettriche e altro ancora.
I dispositivi elettronici come luci di emergenza, lettori multimediali portatili e altoparlanti Bluetooth utilizzano spesso batterie 18650 come fonte di alimentazione. Tuttavia, le biciclette elettriche e le auto elettriche possono utilizzare sia celle 21700 che 18650 per il loro fabbisogno energetico.
· Come scegliere tra le celle della batteria 18650 e 21700?
Il vantaggio principale delle batterie 21700 rispetto alle batterie 18650 è la loro maggiore capacità, che porta ad una maggiore autonomia. Le batterie 18650 offrono tipicamente una capacità che va da 1,5 Ah (1500 mAh) a 3,0 Ah (3000 mAh). Le batterie 18650 di fascia alta (3,0 Ah) devono affrontare sfide di produzione, motivo per cui molti produttori optano per batterie da 2,5 Ah (2500 mAh). Al contrario, le batterie 21700, comunemente utilizzate negli utensili elettrici, iniziano con una capacità di 3,0 Ah (3000 mAh) e possono arrivare fino a 4,0 Ah (4000 mAh). Ciò significa che puoi trovare pacchi batteria compatti (1P) etichettati con 3Ah o 4Ah, mentre i pacchi batteria più grandi (3P) possono raggiungere 12Ah.
Ecco un confronto della capacità delle tipiche batterie per utensili elettrici:
18650:
Batteria compatta 1P: 2,0 Ah–3,0 Ah (36 Wh–54 Wh) Batteria standard 2P: 4,0 Ah–6,0 Ah (da 72 Wh a 108 Wh) Batteria 3P ad alta capacità: 9,0 Ah (162 Wh) 21700:
Batteria compatta 1P: 3,0 Ah–4,0 Ah (54 Wh–72 Wh) Batteria standard 2P: 6,0 Ah–8,0 Ah (108 Wh–144 Wh) Batteria 3P ad alta capacità: 9 Ah–12 Ah (162 Wh–216 Wh) Quando si sceglie tra 18650 e 21700 batterie agli ioni di litio per utensili elettrici, la decisione dipende dall'applicazione specifica. Le batterie 18650 sono più portatili grazie alle loro dimensioni e al loro peso, mentre le batterie 21700 offrono una capacità più significativa e una maggiore autonomia ma sono dotate di dimensioni e peso maggiori. Nelle applicazioni pratiche, entrambi possono soddisfare i requisiti degli utensili elettrici. La tua scelta dovrebbe essere basata sulle esigenze specifiche dei tuoi strumenti e applicazioni.
·Applicazioni tipiche delle celle della batteria 21700
Un'applicazione tipica per le celle 21700 è nella Tesla Model 3, che utilizza batterie Panasonic 21700 da 5000 mAh.
