De traditionele 18650-batterij, met een volwassen toeleveringsketen en lage kosten, is een ideale lithium-ionbatterij die brede toepassingen heeft gevonden op het gebied van consumentenelektronica. Vanwege hun kleinere capaciteit is het bij gebruik in de elektrische voertuigsector echter vaak nodig om tienduizenden individuele cellen in batterijpakketten samen te voegen, wat de complexiteit van het beheer van batterijpakketten aanzienlijk vergroot. Daarom is er onder leiding van Tesla een storm van vervanging van 18650 batterijen door 21700 batterijen op gang gekomen. Hier zal ik een uitgebreide introductie geven.
Zowel de 18650-cel als de 21700-cel worden genoemd op basis van hun afmetingen. De 18650-cel heeft een lengte van 65 millimeter en een diameter van 18 millimeter, terwijl de 21700-cel 70 millimeter lang en 21 millimeter breed is. Deze twee celtypen hebben een aanzienlijk verschil in grootte, waarbij de ene merkbaar groter is dan de andere. Door dit verschil in grootte heeft de 21700-cel een grotere capaciteit en daardoor een hoger vermogen vergeleken met de 18650-cel.
· Overeenkomsten tussen 18650 en 21700 cellen:
- Het zijn beide lithium-ionbatterijen en hebben een hoge ontladingssnelheid.
- Zowel de 18650- als de 21700-cellen hebben dezelfde spanning, namelijk 3,7 V.
- Beide typen cellen hebben een relatief lange levensduur.
- Werkingsprincipe van cellen: Bij het opladen van een batterij worden lithiumionen gegenereerd op de positieve elektrode van de batterij. Deze gegenereerde lithiumionen bewegen door de elektrolyt naar de negatieve elektrode. De negatieve elektrode, meestal gemaakt van gelaagd grafiet, bevat veel microporiën. De lithiumionen die de negatieve elektrode bereiken, worden ingebed in deze microporiën. Hoe meer lithiumionen er zijn ingebed, hoe hoger de laadcapaciteit van de batterij.
· Verschillen tussen 18650 en 21700 batterijen:
(1) Grootte
Zoals eerder vermeld is de 18650-batterij 65 millimeter lang en heeft een diameter van 18 millimeter, terwijl de 21700-batterij 70 millimeter lang en 21 millimeter breed is.
(2) Capaciteit
18650-batterijen hebben doorgaans capaciteiten variërend van 1200 mAh tot 3600 mAh, terwijl 21700-batterijen over het algemeen capaciteiten bieden tussen 3000 mAh en 5000 mAh.
(3) Gewicht
Het gewicht van een 18650-batterij is ongeveer 48 gram, terwijl een 21700-batterij ongeveer 60 gram weegt. (Het gewicht kan enigszins variëren, afhankelijk van de specificaties.)
(4) Prijs
Vanwege de bijgewerkte functies en mogelijkheden van 21700-batterijen zijn ze doorgaans duurder in vergelijking met 18650-batterijen.
(5) Toepassingsgebieden
18650-batterijen worden vaak gebruikt in apparaten met een lager stroomverbruik, zoals draagbare elektronische apparaten, laptopbatterijen en elektronische sigaretten. Daarentegen worden 21700-batterijen, met hun hogere energiedichtheid en betere prestaties, doorgaans gebruikt in hoogwaardige elektronische apparaten, waaronder onder meer elektrische voertuigen, elektrisch gereedschap en hoogwaardige draagbare verlichting.
· Werkingsprincipe van cellen
Wanneer een batterij wordt opgeladen, worden lithiumionen gegenereerd op de positieve elektrode van de batterij. Deze gegenereerde lithiumionen bewegen zich vervolgens door de elektrolyt naar de negatieve elektrode. De negatieve elektrode, die doorgaans is samengesteld uit gelaagd grafiet, bevat talrijke microporiën. De lithiumionen die de negatieve elektrode bereiken, worden ingebed in de microporiën van de koolstoflagen. Hoe meer lithiumionen er zijn ingebed, hoe hoger de laadcapaciteit van de batterij.
· Toepassingsgebieden van 18650- en 21700-batterijen:
18650-batterijen worden vaak gebruikt in apparaten met een lager stroomverbruik, zoals draagbare elektronische apparaten, laptopbatterijen en elektronische sigaretten, naast andere draagbare apparaten.
21700-batterijen worden vanwege hun hogere energiedichtheid en betere prestatiekenmerken doorgaans gebruikt in geavanceerde elektronische apparaten. Deze toepassingen omvatten elektrische voertuigen, elektrisch gereedschap, medische diagnostische instrumenten, medische UPS-systemen, elektrische rolstoelen en meer.
Elektronische apparaten zoals noodverlichting, draagbare mediaspelers en Bluetooth-luidsprekers gebruiken vaak 18650-batterijen als stroombron. Elektrische fietsen en elektrische auto's kunnen echter zowel 21700- als 18650-cellen gebruiken voor hun stroombehoeften.
· Kan een 18650-lader worden gebruikt om een 21700-batterij op te laden?
Ja, opladers die zijn ontworpen voor 18650 cellen kunnen worden gebruikt om 21700 cellen op te laden. Opladers zijn niet afhankelijk van de capaciteit van de cel, dus laden ze 21700 cellen op dezelfde manier op als 18650 cellen. In vergelijking met 18650 cellen kunnen 21700 cellen dezelfde of zelfs hogere laadstromen ondersteunen.
· Kunnen 21700-batterijen worden gebruikt als vervanging voor 18650-batterijen?
Ja, 21700-batterijen kunnen worden gebruikt als vervanging voor 18650-batterijen, zolang er geen beperkingen zijn aan de grootte, aangezien de afmetingen van 21700-cellen verschillen van die van 18650-cellen.
· Voordelen van 21700-batterijen:
Door de hogere energiedichtheid van individuele cellen is slechts een derde van de cellen nodig, wat de complexiteit van het systeembeheer vermindert. Dit vermindert op zijn beurt het gebruik van metalen en elektronische componenten, waardoor het gewicht van lithiumbatterijen aanzienlijk wordt verminderd. De algehele energiedichtheid zal tot op zekere hoogte worden verbeterd.
Door de grotere capaciteit van de individuele cellen zal het aantal benodigde cellen in een accupakket bij gebruik van 21700 cellen sterk afnemen.
21700-batterijen bieden een hogere energiedichtheid vergeleken met de bekende 18650-batterijen, en de kosten kunnen zelfs dalen bij gebruik in grote hoeveelheden. Samenvattend behouden 21700-batterijen de hoge betrouwbaarheid en stabiele prestaties van 18650-batterijen, terwijl ze op verschillende aspecten aanzienlijke verbeteringen in de batterijprestaties bieden.
· Nadelen van 18650- en 21700-batterijen:
In vergelijking met 18650-batterijen hebben 21700-batterijen een grotere capaciteit, maar vereisen ze ook langere oplaadtijden. Het grotere formaat van 21700-cellen kan hun levensduur verkorten, de veiligheid van de batterij en het aanpassingsvermogen verminderen. Veiligheidsproblemen hebben vooral betrekking op de kans op overmatige warmteontwikkeling vanwege hun hogere capaciteit. De productiekosten van 21700-batterijen zijn ook relatief hoog.
18650-batterijen zijn, net als andere lithium-ionbatterijen, gevoeliger voor overladen en ontladen, en hun capaciteit neemt in de loop van de tijd af.
In toepassingen zoals elektrische voertuigen en sommige velden met hoog vermogen bieden 18650-batterijen mogelijk niet voldoende capaciteit. Een enkele 18650-cel heeft doorgaans een maximale capaciteit van 3,5 Ah, en voor een hogere energiedichtheid en kostenefficiëntie is dit misschien niet haalbaar. Dit resulteert in de behoefte aan een groter aantal cellen in batterijmodules, waardoor de kosten en complexiteit van batterijbeheer toenemen. 21700-cellen zijn daarentegen iets groter van formaat en bieden een hogere capaciteit, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met hoge capaciteitseisen.
· Toepassingsgebieden van 18650- en 21700-batterijen:
18650-batterijen worden vaak gebruikt in apparaten met een lager stroomverbruik, zoals draagbare elektronische apparaten, laptopbatterijen en elektronische sigaretten, naast andere draagbare apparaten.
21700-batterijen worden vanwege hun hogere energiedichtheid en betere prestatiekenmerken doorgaans gebruikt in geavanceerde elektronische apparaten. Deze toepassingen omvatten elektrische voertuigen, elektrisch gereedschap, medische diagnostische instrumenten, medische UPS-systemen, elektrische rolstoelen en meer.
Elektronische apparaten zoals noodverlichting, draagbare mediaspelers en Bluetooth-luidsprekers gebruiken vaak 18650-batterijen als stroombron. Elektrische fietsen en elektrische auto's kunnen echter zowel 21700- als 18650-cellen gebruiken voor hun stroombehoeften.
· Hoe kies ik tussen 18650 en 21700 batterijcellen?
Het belangrijkste voordeel van 21700-batterijen ten opzichte van 18650-batterijen is hun grotere capaciteit, wat leidt tot een langere looptijd. 18650-batterijen bieden doorgaans een capaciteit variërend van 1,5 Ah (1500 mAh) tot 3,0 Ah (3000 mAh). High-end 18650-batterijen (3,0 Ah) worden geconfronteerd met productie-uitdagingen. Daarom kiezen veel fabrikanten voor 2,5 Ah (2500 mAh) batterijen. Daarentegen beginnen 21700-batterijen, die vaak worden gebruikt in elektrisch gereedschap, met een capaciteit van 3,0 Ah (3000 mAh) en kunnen oplopen tot 4,0 Ah (4000 mAh). Dit betekent dat u compacte (1P) accupakketten kunt vinden met het label 3Ah of 4Ah, terwijl grotere (3P) accupakketten 12Ah kunnen bereiken.
Hier is een capaciteitsvergelijking voor typische batterijen voor elektrisch gereedschap:
18650:
Compacte 1P-batterij: 2,0 Ah – 3,0 Ah (36 Wh – 54 Wh) Standaard 2P-batterij: 4,0 Ah – 6,0 Ah (72 Wh tot 108 Wh) 3P-batterij met hoge capaciteit: 9,0 Ah (162 Wh) 21700:
Compacte 1P-batterij: 3,0 Ah – 4,0 Ah (54 Wh – 72 Wh) Standaard 2P-batterij: 6,0 Ah – 8,0 Ah (108 Wh – 144 Wh) 3P-batterij met hoge capaciteit: 9 Ah – 12 Ah (162 Wh – 216 Wh) Bij keuze tussen 18650 en 21700 lithium-ionbatterijen voor elektrisch gereedschap, de beslissing hangt af van uw specifieke toepassing. 18650-batterijen zijn draagbaarder vanwege hun formaat en gewicht, terwijl 21700-batterijen een grotere capaciteit en langere looptijd bieden, maar grotere afmetingen en gewicht hebben. In praktische toepassingen kunnen beide voldoen aan de eisen van elektrisch gereedschap. Uw keuze moet gebaseerd zijn op de specifieke behoeften van uw gereedschappen en toepassingen.
· Typische toepassingen van 21700 batterijcellen
Een typische toepassing voor 21700-cellen is in de Tesla Model 3, die gebruik maakt van Panasonic 21700 5000mAh-batterijen.
