최근 몇 년 동안 새로운 에너지 차량의 급속한 발전으로 리튬 이온 배터리도 대중화되었습니다. 파워 리튬 배터리는 항상 새로운 에너지 차량의 중요한 분야였으며 파워 리튬 배터리를 마스터하는 사람은 누구나 새로운 에너지 차량을 마스터하게 됩니다. 파워 리튬 배터리 중 가장 눈길을 끄는 것은 리튬 이온 배터리입니다.
리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 매우 높고 용량은 같은 무게의 NiMH 배터리의 1.5~2배이며 자가 방전율이 매우 낮습니다. 또한 리튬이온 배터리는 메모리 효과가 거의 없고 독성 물질도 없다. 리튬 이온 배터리의 이러한 장점은 신 에너지 차량 분야에서 널리 사용됩니다.
오늘날 널리 사용되는 원통형 리튬 이온 배터리에는 18650 배터리와 21700 배터리가 포함됩니다.
18650 배터리:
18650 배터리는 원래 니켈 수소 배터리와 리튬 이온 배터리를 지칭했지만 현재 니켈 수소 배터리는 덜 일반적으로 사용되기 때문에 리튬 이온 배터리를 더 많이 지칭합니다. 18650은 리튬이온전지의 원조인 일본 SONY가 원가 절감을 위해 만든 표준 리튬이온전지 모델이다. 이 중 18은 직경 18mm, 65는 길이 65mm, 0은 원통형 전지를 나타낸다. 일반적인 18650 배터리에는 삼원 리튬 이온 배터리와 리튬 인산 철 배터리가 포함됩니다.
18650 배터리라고 하면 테슬라를 빼놓을 수 없다. 테슬라는 전기차 배터리 개발 과정에서 여러 종류의 배터리를 테스트했지만 결국 18650배터리에 집중했고, 18650셀을 신에너지 전기차 배터리의 기술 루트로 삼았다. 테슬라가 기존 연료차와 같은 성능을 낼 수 있었던 것은 전기모터 기술뿐만 아니라 테슬라의 앞선 배터리 기술 덕분이라고 할 수 있다. 그렇다면 Tesla는 왜 18650 배터리를 전원으로 선택했을까요?
성숙하고 일관된 프로세스
새로운 에너지 자동차 분야에 진입하기 전에 18650 배터리는 전자 제품에 널리 사용되어 가장 초기에 가장 성숙하고 가장 안정적인 리튬 이온 배터리가 되었습니다. 수년간의 관련 경험 축적을 통해 일본 제조업체는 18650 배터리로 축적된 첨단 기술을 소비자 제품에 적용하여 자동차 배터리 분야에 적용했습니다. Panasonic은 배터리 기술 및 규모면에서 세계 최대 기업 중 하나입니다. 타 제조사에 비해 제품 불량이 적고, 스케일이 커서 일관성이 좋은 배터리를 쉽게 선택할 수 있습니다.
반면 스택형 리튬이온 배터리와 같은 다른 배터리는 성숙도가 떨어져 많은 제품이 크기 측면에서 통일되지 못하고 배터리 제조업체가 보유한 생산 공정이 조건을 충족하지 못합니다. 전반적으로 배터리의 일관성은 18650 배터리 수준에 도달하지 못합니다. 배터리의 일관성이 요구 사항을 충족하지 못하는 경우 많은 수의 배터리로 구성된 배터리 팩을 직렬 또는 병렬로 관리하면 각 배터리의 성능이 향상되지 않으며 18650 배터리 셀은 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.
높은 안전 성능
18650 리튬 이온 배터리는 안전 성능이 높으며 폭발하거나 타지 않습니다. 무독성, 무공해, RoHS 상표 인증; 또한 섭씨 65도 이하에서 100% 방전 효율로 고온 저항성이 우수합니다.
18650 배터리는 일반적으로 강철 쉘에 포장되어 안전 사고 발생을 최소화하고 자동차 충돌과 같은 극한 상황에서 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 18650은 각 배터리 셀의 크기가 작기 때문에 각 셀의 에너지를 작은 범위 내에서 제어할 수 있습니다. 대형 배터리 셀을 사용하는 것에 비해 배터리 팩의 한 셀이 고장나더라도 고장의 영향을 줄일 수 있습니다.
18650 리튬 이온 배터리의 용량은 일반적으로 1200mah에서 3600mah 사이인 반면 일반 배터리 용량은 약 800mah에 불과합니다. 18650 리튬 이온 배터리 팩에 결합하면 18650 리튬 이온 배터리 팩은 5000mah를 초과할 수 있습니다. 같은 무게의 니켈수소전지보다 용량이 1.5~2배나 되며 자가방전율이 매우 낮다. 18650 배터리 셀의 에너지 밀도는 현재 Tesla의 높은 범위 요구 사항을 충족하는 250Wh/kg 수준에 도달할 수 있습니다.
저비용 및 고비용 효율성
18650 리튬이온 배터리의 사용 수명은 일반 사용 시 500회 이상의 주기 수명으로 매우 길며, 이는 일반 배터리의 두 배 이상입니다. 18650 제품은 구조 설계, 제조 기술, 제조 장비 및 파생된 18650 모듈 기술을 포함하여 높은 수준의 기술 성숙도를 가지고 있으며 모두 운영 및 유지 보수 비용을 줄였습니다.
현재 널리 사용되는 18650 배터리는 수년의 개발 역사를 가지고 있습니다. 다른 유형의 배터리에 비해 상대적으로 기술이 성숙했지만 여전히 높은 열 발생, 복잡한 그룹화 및 급속 충전 불가와 같은 문제에 직면해 있습니다. 이러한 맥락에서 21700 원통형 삼원 전지가 등장했습니다.
21700 배터리:
배터리 21700은 원통형 배터리의 모델이며 구체적으로 다음을 참조합니다. 21은 원통형 배터리의 외경이 21mm임을 나타냅니다. 700은 높이가 70.0mm인 원통형 전지를 의미합니다.
장거리 주행이 가능한 전기차의 요구 사항을 충족하고 차량 배터리 공간의 효과적인 활용도를 높이기 위해 개발된 신모델이다. 일반적인 18650 원통형 리튬 이온 배터리와 비교하여 21700의 용량은 동일한 재료를 사용하여 35% 이상 증가할 수 있습니다.
새로운 21700에는 다음과 같은 4가지 중요한 이점이 있습니다.
(1) 개별 배터리 용량이 35% 증가했습니다. Tesla에서 생산한 21700 배터리를 예로 들면 18650 모델에서 21700 모델로 전환한 후 배터리의 단일 배터리 용량은 3-4에 도달할 수 있습니다. 8Ah, 35% 크게 증가 .
(2) 배터리 시스템의 에너지 밀도가 약 20% 증가했습니다. Tesla가 공개한 데이터에 따르면 초기에 사용된 18650 배터리 시스템의 에너지 밀도는 약 250Wh/kg이었습니다. 나중에 Tesla가 생산한 21700 배터리 시스템의 에너지 밀도는 약 300Wh/kg이었으며, 21700 배터리의 부피 에너지 밀도는 원래 18650보다 거의 20% 더 높았습니다.
(3) 시스템 비용이 약 9% 감소할 것으로 예상됩니다. Tesla가 공개한 배터리 가격 정보 분석에 따르면 21700 배터리용 파워 리튬이온 배터리 시스템은 $170/Wh, 18650 배터리 시스템은 $185/Wh입니다. Model 3에서 21700 배터리를 사용한 후 배터리 시스템 비용만 약 9% 줄일 수 있습니다.
(4) 시스템의 무게가 약 10% 감소할 것으로 예상됩니다. 21700의 전체 부피는 18650보다 큽니다. 개별 셀의 용량이 증가함에 따라 셀의 에너지 밀도가 증가합니다. 따라서 동일한 에너지에서 필요한 배터리 셀 수를 약 1/3로 줄일 수 있습니다. 이것은 시스템 관리의 어려움을 줄일 뿐만 아니라 배터리 팩에 사용되는 금속 구조 부품 및 전기 부속품의 수를 줄여 배터리의 무게를 더욱 줄입니다. 삼성SDI가 새로운 21700 배터리 세트로 전환한 후 시스템이 기존 배터리보다 무게를 10% 줄인 것으로 나타났습니다.
18650 배터리의 높은 신뢰성과 안정적인 성능을 유지했으며 21700 배터리의 성능은 모든 측면에서 18650에 비해 크게 향상되었습니다. 또한 다른 배터리 모델과 비교할 때 21700은 원재료 선택, 제조 공정 및 기술 프로세스 측면에서 더 성숙한 18650 배터리와 유사합니다. 따라서 18650과 21700의 생산라인은 대부분 호환이 되며 일부 업체에서는 생산라인에 글을 작성하여 21700과 18650의 호환성에 가깝게 이동시키는 방식으로 보다 안정적으로 운영되고 있습니다.
파워 리튬 배터리에 대한 높은 비에너지 추구는 돌이킬 수 없는 추세가 되었으며 많은 배터리 회사가 21700 배터리의 레이아웃에 관심을 돌리고 있습니다. 해외에서 생산라인을 수입하지만 직접 조립하는 업체도 있어 적은 비용으로 18650에서 21700으로 전환이 가능하다.