Обзор аккумуляторов 21700: что это, где применяется, примеры

Материал содержит информацию о литиевых аккумуляторах 21700. Это один распространённых аккумуляторных элементов цилиндрической формы. Используется в качестве элемента питания всевозможных портативных устройств. В статье мы расскажем об устройстве моделей 21700, их сфере применения и маркировке. Кроме того, будет краткий обзор нескольких аккумуляторов этого стандарта от разных брендов.

 

Устройство

В некоторых статьях  на тему аккумуляторов 21700 можно встретить мнение о том, что эти аккумуляторные элементы были разработаны для использования в АКБ электромобилей Тесла. Однако это не соответствует действительности. Модели 21700 были разработаны значительно раньше компаниями Samsung, а также Panasonic (Sanyo). Они востребованы при создании аккумуляторных батарей для электросамокатов и электровелосипедов. Просто в определенный момент конструкторы электромобилей Tesla решили использовать эти элементы в своих тяговых батареях.

Конструкция 21700 ничем не отличается от других литий─ионных аккумуляторов цилиндрической формы. Электроды сделаны в виде ленты, на которую нанесён состав для катода и анода. Материал анода представляет собой углеродосодержащий материал. Он может быть с неупорядоченной структурой, как сажа или кокс. Или с упорядоченной структурой, как синтетический графит. Помимо этого, могут присутствовать добавки в виде композитных материалов, содержащих кремний, кобальт, сульфиды олова.

В качестве материала катода применяют литированные оксиды металлов. Чаще всего это кобальт (Co). Кроме того, в некоторых случаях используется никель (Ni).

Распространены железо-фосфатные соединения в качестве материала катода и литий-марганцевые шпинели. Вообще, выбор материала для катода в литий─ионных аккумуляторах ограничен.

Отличие АКБ 21700 от других цилиндрических Li─Ion аккумуляторов заключается в геометрических размерах. Габариты зашифрованы в названии. К примеру, распространённые элементы 18650 и 18500 при диаметре 18 мм имеют длину 65 и 50 мм, соответственно. А 21700 имеет диаметр 21 мм, а длину 70 мм. Более крупные физические размеры обеспечивают более широкий рулон электродов и большее число витков по сравнению с указанными выше моделями. А это значит, что и ёмкость литий─ионных аккумуляторных батарей 21700 выше.

Положительный электрод выводится на торец, а отрицательный на корпус. Вся конструкция помещена в герметичный стальной корпус. Герметичность обеспечивается опрессовкой или пайкой. Для защиты от взрыва предусмотрен клапан. Если внутри будет слишком высокое давление из-за выделения газов, то клапан открывается и сбрасывает его. Он предназначен для одноразового использования. То есть, после открытия аккумулятор больше не пригоден для использования.

Как и другие Li─Ion аккумуляторные батареи могут выпускаться с платой защиты или без. Модели без защиты более распространены, поскольку они часто работают под управлением контроллера в каких-то устройствах. Например, в составе АКБ электрического велосипеда.

Если у моделей 18650 ёмкость ограничена значением 3600 мАч, то в случае 21700 верхний потолок составляет 5000 мАч. Это больше, чем на 40 процентов. При этом диаметр 21700 меньше 1 дюйма. Поэтому аккумулятор может быть установлен в дюймовое крепление, которое распространено на фонарях. То есть, можно провести апргрейд для увеличения времени работы в автономном режиме. Ограничением может стать только длина отсека. 21700 на 5 мм длиннее. Хотя производители обеспечивают совместимость на некоторых моделях. Например, в фонаре Nitecore New P12 могут быть установлены оба элемента.

Рабочее напряжение Li─Ion 21700 равно 3,7 вольта. При этом минимальное напряжение 3,2, а максимальное – 4,2 вольта. Ток разряда у стандартных моделей до нескольких ампер. У специальных моделей может достигать 15─20 А. В плане заряда отличий никаких. Зарядное устройство от других литий─ионных аккумуляторов может не подойти лишь из-за кредла, который не позволяет установить 21700.

Вернуться к содержанию
 

Реакции на электродах

В процессе зарядки на электродах аккумулятора 21700 протекают следующие процессы.

Катод

LiCoO₂ -> Li_1-xCoO₂ + xLi⁺ + xe^—

Анод

C + xLi⁺ + xe^— -> CLi_x

При разряде эти процессы проходят в обратном направлении.

В процессе заряда происходит внедрение (интеркаляция) ионов лития между слоями углерода. Слои раздвигаются и образуются интеркалаты. При разряде происходит деинтеркаляция. Схематически процесс можно представить следующим образом.

Специалисты называют литий─ионные аккумуляторные элементы 21700 оптимальным решением по энергетической плотности и стоимости ватт-час. Некоторые зарубежные источники сообщают, что для аккумуляторов электромобилей замена 18650 на 21700 при сохранении ёмкости позволит сэкономить до 9% стоимости.

Однако дальнейшее увеличение размера элементов отрицательно сказывается на безопасности такой системы.
Вернуться к содержанию
 

Области применения Li─Ion элементов 21700

• Фонари.
• Портативный электроинструмент. Электропилы, шуруповёрты, перфораторы, болгарки и так далее.
• Электронные сигареты.
• Лазерные указки.
• Небольшие электрические транспортные средства. Электровелосипед, электросамокат, электроскутер.
• Аккумуляторы ноутбуков.
• Некоторые переносные приборы и бытовая техника.
• Детские игрушки на радиоуправлении, квадрокоптеры и дроны.
• Электромобили. Одним из примеров являются популярные модели Tesla.

Практически во всех перечисленных случаях аккумуляторы 21700 используются в составе сборок. В некоторых устройствах типа указок, фонариков они используются по отдельности.
Вернуться к содержанию
 

Маркировка

Маркировка литий─ионных аккумуляторов 21700 в частностях может отличаться у разных производителей. Но в большинстве случаев можно найти следующие обозначения.

Пример: ICR21700-4TY D.

• I – первая буква обозначает тип. Это литий─ионный.
• C – тип электрохимической системы. В примере C – кобальт. Ещё может быть F – железофосфатный, M – марганцевый.
• R – rechargeable. Обозначает перезаряжаемый.
• 21700 – обозначение размеров.

Вернуться к содержанию
 

Обзор популярных моделей

Рассмотрим несколько интересных моделей аккумуляторных элементов 21700, которые можно встретить в продаже.
 

LG INR21700-M50T

Ёмкость аккумуляторных элементов LG INR21700-M50T находится на отметке 4850 мАч. Модель новая. Выпуск начался в последние 2─3 года. Производитель заявляет ток разряда до 14,5 ампер (или 3*С_н). Если температура окружающей среды более 25 градусов, то допустимый ток разряда составляет 7,3 А. Зарядка для них допустима токами 0,3 и 0,7 от С_н.

В отзывах про LG INR21700-M50T можно найти информацию о том, что оптимальное соотношение отдаваемой ёмкости и разрядного тока доходит до отметки 1─1,5 С_н. При токах разряда в диапазоне от 4,8 до 7,3 ампер отдаваемая ёмкость составляет примерно 4840─4850 мАч.

Те, кто проверял параметры LG INR21700-M50T, говорят о хорошей повторяемости результатов. Это свидетельствует о качестве продукта, что присуще фирменным изделиям. Стоимость одного элемента 4─5$.

Вернуться к содержанию
 

Nitecore NL2150R

Этот литий─ионный аккумулятор форм-фактора 21700 ёмкостью 5000 мАч имеет встроенный интерфейс USB-C. Его можно заряжать, как обычным зарядным устройством, так и при помощи кабеля USB-C. Аккумулятор Nitecore NL2150R предназначен для использования в качестве источника питания в фонарях. Модель имеет индикатор зарядки, а также решение для повышения безопасности эксплуатации.

Рабочее напряжение аккумулятора составляет 3,6 вольта. При длине 75,2 и диаметре 21,6 мм вес равен 72,9 г. Максимальный ток разряда заявлен на отметке 5 ампер. Приблизительное число циклов заряда-разряда составляет 500 раз. Среди преимуществ Nitecore NL2150R производитель отмечает следующее.

• Встроенный порт USB-C, дающий дополнительные возможности для зарядки.
• Индикатор, показывающий, когда аккумулятор полностью заряжен.
• Клапан сброса давления. Открывается при резком повышении температуры для предотвращения возгорания и взрыва.
• Микропористая вставка для отвода тепла.
• Встроенная защита от перенапряжения.
• Никелированные протекторы из нержавеющей стали обеспечивают высокую ударопрочность.

По сравнению с обычными аккумуляторами 21700 стоимость NL2150R просто «космос» ─ 45$. При этом кабель USB-C в комплект поставки не входит.
Вернуться к содержанию
 

Orbtronic ORB-5000P-21 (21700 5000 мАч)

В большинстве магазинов Orbtronic 21700 предлагается в качестве источника тока для фонарей. Хотя нет никаких препятствий для работы с другими устройствами, поддерживающими литиевые источники питания с размерами 74,8 x 21,49 мм (+/- 0,3 мм). Производитель запрещает только использование ORB-5000P-21 с электронными сигаретами. Аккумулятор идёт со встроенной защитой. Производством платы защиты занимается японская компания Seiko.

Ниже приведены основные характеристики аккумуляторного элемента.

• Рабочее напряжение: 3,6/3,7 вольта.
• Номинальная ёмкость: 5000 мАч.
• Минимальный порог разряда: 2,5 В.
• Максимально допустимый ток непрерывного разряда: 10 ампер.
• Рекомендуемый ток заряда: 1─2 А.
• Габариты: 74,8 x 21,49 (+/- 0,3) мм.
• Масса: 70 грамм.

Виды защиты, реализованные в аккумуляторе Orbtronic 21700.

• От перегрузки. Защита активируется при напряжении 4,35 вольта.
• От чрезмерного разряда. Включается при напряжении 2,4─2,5 вольта.
• От перегрузки по току. Активируется при разрядном токе 10─12 ампер.
• Двойная защита от короткого замыкания.

Заявленный срок службы Orbtronic составляет от 3 до 6 лет или от 300 до 500 циклов заряд-разряд.

Производитель отмечает, что конкретный результат сильно зависит от условий окружающей среды, в которых аккумулятор эксплуатируется. Срок службы сокращается, если эксплуатировать аккумуляторный элемент при высокой температуре и влажности, а также постоянно разряжать большими токами.

Стоимость одного аккумуляторного элемента Orbtronic 21700 примерно 12─13$.
Вернуться к содержанию
 

LiitoKala Lii-40A

Эти литий─ионные аккумуляторы уже имеют ёмкость 4000 мАч и стандартное рабочее напряжение 3,7 вольта. Стоимость одного элемента в интернет-магазинах 270─300 р.

Эти аккумуляторы обычно рекомендуются для использования в электронных сигаретах. Описание у разных продавцов в части разрядного тока сильно отличается. Где-то максимум указывается на уровне 30, а где-то 40 А. Оба этих значения сильно завышены. Если посмотреть различные тесты и обзоры, то там максимально допустимый разрядный ток для LiitoKala Lii-40A 21700, определённый экспериментальным путём, составляет 20─25 ампер. Это предел, при котором аккумуляторный элемент сильно разогревается. Дальнейшее увеличение разрядного тока просто опасно. Возможно только кратковременное увеличение выше указанного предела.

Зато номинальная ёмкость LiitoKala Lii-40A обычно больше заявленной. Те, кто тестировал их, получали 4050─4150 мАч на новых аккумуляторных элементах.

LiitoKala – это китайская компания, расположенная в Шеньчжень. Датой основания считается 2009 год. Основная специализация этой фирмы заключается в разработке и выпуске зарядных устройств для аккумуляторов. Проектированием зарядных устройств специалисты фирмы занимаются еще с 2005 года. В дальнейшем компания стала выпускать аккумуляторные элементы. Продукцию LiitoKala можно считать оптимальным предложением с точки зрения сочетания стоимости и качества. По разумной цене фирма предлагает устройства с широким функционалом.
Вернуться к содержанию
 

Samsung INR21700-50E

Этот литий-ионный аккумулятор 21700 ёмкостью 4900 мАч. Он не имеет защиты и предназначен для использования в составе сборок аккумуляторных батарей под управлением платы контроллера.

По большому счёту, Samsung INR21700-50E является аналогом рассмотренного выше LG INR21700-M50T. Разницей в ёмкости можно пренебречь, а вот отличие по разрядному току у них существенное. Если модель LG показывает оптимальную ёмкость при длительном разряде током до 7,3 ампер, то Samsung 21700 «хорошо себя чувствует» до 9 ампер.

Ниже представлены основные характеристики модели INR21700-50E.

• Номинальная ёмкость: 5000 мАч.
• Минимальная ёмкость: 4900 мАч.
• Рабочее напряжение: 3,6 вольта.
• Максимальное напряжение: 4,2 вольта.
• Максимальный длительный ток разряда: 9,8 ампер.
• Защита: отсутствует.
• Габариты: 21,1 x 70,7 мм.
• Вес: 68,7 г.

Цена Samsung INR21700-50E примерно 4,8─5$.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваши отзывы об аккумуляторах 21700, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Вам могут быть интересны следующие материалы

Главная

e-Транспорт

Альтернатива

Вопрос-Ответ

Выбор

Гелевые

Зарядка

Литиевые

Новости

Обзоры

Статьи

Устройство

Щелочные

Форум

Рассылка приходит раз в месяц и содержит последние материалы на сайте, которые могут быть вам интересны. Если Вы хотите отписаться от рассылки, то ведите email и поставьте галочку при отправке формы.

© 2015 - 2024 Информационный сайт об аккумуляторах Akbinfo.ru