Литий-ионные элементы (аккумуляторы) с каждым днем становятся наиболее желательной системой хранения энергии для все большего числа применений благодаря их высокой плотности энергии и другим преимуществам, которые эти элементы могут предложить. Литий-ионные элементы используются в различных приложениях, которые имеют разные энергетические потребности и требования, и для удовлетворения всех различных потребностей используются литий-ионные элементы разного химического состава. Литий-ионные элементы бывают разных типов, более подробно об этом и принципе работы данных аккумуляторов можно прочитать в следующей статье.
В этой статье мы рассмотрим и сравним аккумулятор 18650 NMC с аккумулятором 32650 LFP. Цель статьи — помочь вам выбрать наиболее подходящую батарею для своего проекта. 32650 также называются ячейками 32700 и имеют форм-фактор ячейки D-типа. Элементы D-типа обычно использовались для питания мощных фонариков и радиоприемников. На нашем сайте вы также можете прочитать статью о различных типах батарей, если хотите узнать больше о батареях в целом.
Примечание. В этой статье мы сравниваем ячейки NMC 18650 с ячейками LFP 32650. Мы сравниваем 2 разных химических препарата в 2 разных форм-факторах, поскольку они наиболее популярны в своих форм-факторах. Здесь и далее 18650 относится к 18650 NMC, а 32650 относится к 32650 LFP.
Что означает число 18650 или 32650 в аккумуляторах?
18650/32650 в ячейке говорит нам о форме и размере аккумулятора (ячейки). Модель 32650 также известна как ячейка D-типа. Номенклатуру ячейки можно легко понять, разделив числа на 3 части, как показано на изображении ниже:
Первые 2 цифры говорят нам о диаметре ячейки в миллиметрах, 3-я и 4-я цифры говорят нам о высоте ячейки, а последняя цифра говорит нам о форме ячейки.
Из приведенного рисунка можно ясно понять, что ячейка 18650 имеет цилиндрическую форму диаметром 18 мм и высотой 65 мм, тогда как ячейка 32650 имеет диаметр 32 мм и высоту 65 мм. Графическое сравнение размеров двух ячеек показано ниже.
Химический состав аккумуляторов 18650 NMC и 32650 LFP
Как и любой другой элемент, литий-ионные элементы 18650 и 32650 состоят из четырех основных компонентов: катода, анода, электролита и сепаратора.
Литий-ионные аккумуляторы имеют множество различных химических элементов, и эти химические элементы существенно влияют на свойства аккумулятора. В этой статье сравниваются аккумуляторы 18650 с составом никель-марганец-кобальт (Nickle Manganese Cobalt, NMC) и аккумуляторы 32650 с составом литий-железо-фосфат (Lithium Iron Phosphate, LFP).
Характеристики 18650 с составом NMC
Литий-никель-марганец-кобальт-оксид или элементы NMC являются одним из наиболее распространенных химических элементов, используемых в элементах 18650. Эти элементы имеют номинальное напряжение 3,7 В и плотность энергии 150-220 Втч/кг. Эти батареи имеют более высокую плотность энергии, чем элементы LFP.
Элементы NMC используются многими крупными производителями электромобилей. Некоторые автомобили, в которых используются эти батареи NMC, — это BMW i8, Audi e-Tron GE, Jaguar I-Pace, а также популярны в некоторых недорогих автомобилях, таких как VW e-Golf, Nissan Leaf и т. д. Помимо электромобилей, эти элементы также используются в медицинском оборудовании, ESS, электроинструментах и т. д.
Характеристики 32650 с LFP
Литий-феррофосфатные элементы или элементы LFP с химическим составом LiFePO4 пользуются большим спросом в наши дни из-за их длительного жизненного цикла, термической стабильности и низкой скорости саморазряда. Элементы LFP имеют низкое номинальное напряжение 3,2 В и меньшую плотность энергии 90–160 Втч/кг. Но более низкая стоимость, более высокая долговечность и низкий уровень саморазряда делают их использование очень выгодным во многих проектах. А более низкая плотность энергии сводится на нет за счет использования данного химического состава в более крупных элементах, таких как 32650.
Батареи LFP предпочтительны при изготовлении аккумуляторных блоков для систем хранения энергии, систем освещения на солнечной энергии, а также в электронных рикшах, вилочных погрузчиках, силовом оборудовании и электромобилях. Недавно Tesla объявила о переходе на элементы LFP для своей новой модели 3.
Преимущества ячеек 18650 перед ячейками 32650
Более высокая плотность энергии:
Более высокая плотность энергии означает, что элементы NMC будут меньше и легче для аккумуляторной батареи аналогичной емкости.
Меньший форм-фактор отдельной ячейки:
Меньший форм-фактор делает элемент 18560 NMC более подходящим для приложений с очень низкими требованиями к энергии.
Более дешевый:
Элементы 18650 NMC дешевле, чем элементы 32650 LFP для ячеек эквивалентной емкости.
Более высокое номинальное напряжение:
Элементы 18650 NMC имеют номинальное напряжение 3,7 В по сравнению с 3,2 В элементов 32650 LFP. Более высокое номинальное напряжение означает, что для создания аккумуляторной батареи более высокого напряжения требуется меньшее количество ячеек, соединенных последовательно, что снижает размер, стоимость и сложность системы.
Например: если мы хотим спроектировать аккумуляторную батарею на 50 В, минимальное количество последовательно соединенных ячеек для NMC и LFP составляет 14 и 16 соответственно.
Преимущества ячеек 32650 перед ячейками 18650
Безопаснее:
Ячейки LFP термически более стабильны, чем ячейки NMC, как показано на графике ниже, ячейки LFP переходят в состояние температурного некондиции при почти вдвое большей температуре, которая требуется для ячеек NMC, т. е. 280 °C против 150 °C, и количество высвобождаемой энергии во время теплового выхода из-под контроля составляет менее 3-х от значения ячейки NMC. Это делает ячейки LFP намного безопаснее, чем ячейки NMC.
Более длительный жизненный цикл:
Ячейки LFP имеют гораздо более длительный жизненный цикл. Ячейки LFP могут выдержать более 2500 циклов зарядки по сравнению с 1000 циклами зарядки ячеек NMC, прежде чем достигнут 80% исходной емкости. Это также означает, что со временем элементы LFP будут иметь более низкие эксплуатационные расходы и станут более подходящими для долгосрочного применения.
Более высокий ток разряда:
Химический состав LFP может обеспечивать ток разряда 1C, а некоторые элементы могут обеспечивать ток более 10C, в то время как ток разряда для элементов NMC составляет 1-2C. Но если принять во внимание емкость наших ячеек 18650 и 32650, даже при одинаковой скорости разряда 1C, ячейки 32650 LFP будут обеспечивать в 2–3 раза больший ток разряда, чем ячейки 18650 LFP. Объяснение дано далее в статье.
Более высокая скорость разряда делает элементы 32650 более подходящими для операций с более высокими требованиями к току, таких как управление двигателем, электроинструменты, вилочные погрузчики или для питания тяжелого промышленного оборудования.
Различия между аккумуляторами 18650 и аккумуляторами LFP 32650
И аккумуляторы 18650 NMC, и аккумуляторы 32650 LFP имеют свои преимущества и недостатки. В таблице ниже сравниваются характеристики химического состава обоих аккумуляторов.
| Оксид лития, никеля, марганца, кобальта (LiNiMnCoO2) — NMC | Литий-железофосфат (LiFePO 4 ) — LFP | |
| Номинальное напряжение, В | 3,7 | 3,2 |
| Типовой рабочий диапазон | 3,0–4,2 В | 2,5–3,65 В |
| Удельная энергия (мощность) | 150–220 Втч/кг | 90–120 Втч/кг |
| Заряд (C-уровень) | 0,7–1С, заряжается до 4,20В, некоторые до 4,30В | Типичный 1C, заряжается до 3,65 В. |
| Разряд (C-уровень) | 1С; 2C возможен на некоторых ячейках; Отключение 2,50 В | 1С, 25С на некоторых ячейках; 40А импульс (2с); Отключение 2,50 В |
| Срок службы (осталось 80% емкости), циклов | 1000-1500 | 2500 — 3000 |
| Температура тепловой нестабильности | 150°С | 270°С |
| Преимущества | Обеспечивает высокую производительность и мощность. Служит гибридной ячейкой. Отличный химический состав для многих целей; доля рынка увеличивается. | Очень плоская кривая разряда напряжения, но низкая емкость. Один из самых безопасных |
| Приложения | Электровелосипеды, медицинские приборы, электромобили | Портативные и стационарные устройства, требующие высоких токов нагрузки и выносливости |
Как видим, различия по отдельным характеристикам весьма существенные.
Сравнение 18650 и 32650 с аналогичным химическим составом
В приведенном выше разделе мы сравнили аккумуляторы 18650 NMC с аккумуляторами 32650 LFP, поскольку это наиболее распространенные аккумуляторы в соответствующих форм-факторах. Далее мы сравним только форм-фактор. Мы сравним объем, емкость, скорость разряда, чтобы вы могли решить, какой химический состав и форм-фактор вам нужно выбрать для вашего применения.
Объем ячейки:
Объем элемента является важным параметром, поскольку емкость аккумулятора зависит от размера электродов. Следовательно, объем напрямую влияет на емкость ячейки. Объем ячейки определяется как:
V=πr2h
Объем 18650 = 52.28 cm2
Объем 32650 = 209.1 cm2
Из приведенных данных понятно, что объем элемента 32650 почти в 4 раза превышает объем элемента 18650, следовательно, теоретически литий-ионный элемент 32650 должен содержать примерно в 4 раза больше энергии, чем элемент 18650.
Сравнение емкости:
Емкость литий-ионного аккумулятора измеряется в миллиампер-часах или мАч. Емкость аккумулятора определяет, как долго он прослужит. Элементы с более высокой емкостью служат дольше, чем элементы с меньшей емкостью аккумулятора. Емкость ячеек зависит от размера материалов электродов. Следовательно, батарея большего размера будет иметь большую емкость.
Следовательно, емкость ячеек 32650 выше, чем у ячеек 18650, поэтому она способна работать дольше, чем ячейка 18650 в аналогичных приложениях.
Скорость разряда 18650 против 32650:
Скорость разряда — очень важный параметр, который говорит нам о величине тока, который можно получить из элемента, не вызывая его деградации. Это зависит от химического состава и конструкции элемента и измеряется в C-скорости. Скорость разряда аккумулятора связана с емкостью аккумулятора. Например, элемент емкостью 2000 мАч будет иметь номинал 1C, если он обеспечивает постоянный ток 2000 мА.
Обычно на аккумуляторе указываются две скорости разряда, максимальная скорость разряда и скорость непрерывного разряда. Максимальная скорость разряда относится к максимальному заряду, который может дать батарея, но используется только для коротких импульсов, тогда как скорость непрерывного разряда относится к количеству энергии, которую батарея может разряжать непрерывно в течение более длительных периодов времени. Так как скорость разряда зависит от емкости элемента, то скорость разряда у 32650 будет выше, чем у элемента 18650.
Например, если у нас есть 2 ячейки, первая ячейка 3600 мАч 18650 и вторая ячейка 6000 мАч 32650. Обе ячейки имеют непрерывную скорость разряда 2C. Тогда максимальный ток, потребляемый 1-й и 2-й ячейками, составит 7,2 А и 12 А.
Итак, из приведенного примера видно, что 32650 сможет обеспечивать более высокие токи, но в практическом применении скорость разряда зависит от многих факторов, таких как внутренняя структура и химический состав ячеек. Таким образом, когда значения C одинаковы, элементы 32650, имеющие более высокую емкость, будут иметь более высокие возможности разряда по току.
18650 против 32650 приложения:
Выбор аккумулятора зависит от множества факторов, таких как величина тока и мощность, необходимые устройству. Из информации, предоставленной выше, ясно, что размер и объем аккумулятора 18650 меньше, что делает его компактным, но недостатком является то, что он имеет меньшую емкость и скорость разряда по сравнению с аналогичным элементом 32650. Следовательно, для маломощных приложений, таких как питание встроенных систем или небольшого электронного оборудования, которое имеет более низкие требования к току, больше подходит элемент 18650. В то время как для приложений с более высокими требованиями к мощности, таких как электроинструменты, мощные фонарики и т. д., где потребность в токе чрезвычайно высока, более подходящими являются элементы 32650.
Заключение
Сравнивать аккумуляторы 18650 NMC с аккумуляторами 32650 LFP напрямую не совсем корректно, но иногда это приходится делать чтобы выбрать подходящий аккумулятор для своего проекта.
Элемент 18650 дешевле, чем элемент 32650 LFP, но из-за более длительного срока службы элемента 32650 он менее подходит для приложений с более длительным сроком службы. Размер и плотность энергии 18650 делают его более оптимальным для маломощных устройств со сроком службы 2-3 года. И хотя литий-ионные элементы 18650 продаются больше, чем литий-ионные элементы 32650, это не значит, что они лучше. Элементы 32650 обычно имеют более высокую энергоемкость и более высокую скорость разряда по сравнению с элементами 18650 аналогичного химического состава, что делает элементы 32650 более желательными для энергоемкого оборудования, такого как электроинструменты. Тем не менее, аккумулятор следует выбирать тщательно в зависимости от назначения и требований к оборудованию.
