كل الأشياء التي تحتاج لمعرفتها حول 18650

ما هي خلية البطارية 18650؟

من المحتمل أن تكون بطارية 18650 هي الأكثر تنوعًا بين بطاريات الليثيوم أيون، حيث تعمل على تشغيل التطبيقات من مصابيح المشاعل إلى سيارات تسلا. تم إطلاقه في التسعينيات، وهو من بطاريات الليثيوم أيون المخضرمة. وفقًا للتسميات الدولية للبطاريات، يمثل الرقم 1990 شكلها وأبعادها. وبذلك تكون بطارية 18650 عبارة عن بطارية أسطوانية يبلغ قطرها 18650 ملم وطولها 18 ملم.

من بدأ نموذج البطارية هذا؟

أول شركة بدأت الإنتاج التجاري لبطارية 18650 كانت باناسونيك. من صفحة الويب الخاصة بسجل الشركة، يمكنك أن ترى أن بطارية 18650 تم تطويرها في عام 1994، استجابة لطلب السوق على البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأصغر حجمًا والأخف وزنًا. بالمقارنة مع البطاريات التي تستخدم لمرة واحدة، توفر بطاريات الليثيوم أيون هذه أداءً فائقًا بسبب الجهد العالي وكثافة الطاقة العالية وسعتها. أثبتت البطاريات 18650 نجاحها وبدأت العديد من الشركات الأخرى في تصنيع هذا النموذج. على مر السنين، أطلقت باناسونيك إصدارات أحدث من 18650، مع قدرات وكثافة طاقة محسنة. انضم المنافسون مثل Samsung وLG Chem بالإضافة إلى الوافدين الجدد مثل Enpower وNanoGraf إلى المعركة، حيث قدموا إصداراتهم من بطارية 18650. يقارن الشكل 1 كثافات الطاقة لـ 18650 بطارية مصنوعة من قبل شركات مصنعة مختلفة.

الشكل 1: كثافة الطاقة لـ 18650 بطارية مصنوعة من قبل شركات مصنعة مختلفة

18650 vs AA/21700/26650/18500/14500

قبل طراز 18650، كانت البطارية المفضلة للأجهزة الكهربائية والإلكترونية الصغيرة هي بطارية بحجم AA. تم تصميم هذا الحجم قبل الحرب العالمية الأولى، وهو متوفر حاليًا في مجموعة متنوعة من النماذج القابلة لإعادة الشحن والقابلة لإعادة الشحن، بما في ذلك أنواع أيونات النيكل والليثيوم. يمكن التخلص منه بطاريات AA هناك طلب كبير على الكربون الزنك أو الكيمياء القلوية لاستخدامها في المصابيح الكهربائية، والكاميرات، والساعات، والآلات الحاسبة، ولعب الأطفال، ومجموعة من أدوات الاستخدام اليومي الأخرى.

خلال التسعينيات، اعتمد مصنعو بطاريات الليثيوم أيون تسميات رقمية لأحجام البطاريات. تم إطلاق العديد من النماذج التي كانت أكبر وأصغر من طراز 1990، للاستفادة من الطفرة في الإلكترونيات الشخصية وأدوات الطاقة وأسواق السيارات الكهربائية. وتضمنت بطاريات الليثيوم أيون المختلفة التي ظهرت في ذلك الوقت 18650/21700/26650/18500. تمت ترقية العديد من هذه الأحجام باستمرار على مر السنين. ال باناسونيك 18650  وحده يأتي في مجموعة واسعة من النماذج. ونظرًا للتداخل في قطاعات السوق الخاصة بها، فمن المثير للاهتمام مقارنة بطاريات 18650 مع بطاريات الليثيوم أيون الأخرى، كما هو موضح في الجدول التالي:

 

الاسم أنواع الكيمياء الأبعاد

(ضياء × الطول)

الجهد الاسمي الطاقة الإنتاجية دورة الحياة
 AA

 

للاستعمال لمرة واحدة: الزنك الكربوني، القلوي 14.5 15 مم × مم 1.5 من 400 إلى 2850 مللي أمبير غير قابل للتطبيق
القابلة لإعادة الشحن:

النيكل والكادميوم، النيكل ميتال هيدريد، النيكل الزنك، أيون الليثيوم.

 

14.5 15 مم × مم 1.2 إلى 3.6 من 600 إلى 2850 مللي أمبير 500 إلى 1000 دورة
18650

 

ليثيوم ايون 18 65 مم × مم 3.6 من 2000 إلى 3600 مللي أمبير 300 إلى 500
21700

 

ليثيوم ايون 21 70 مم × مم 3.6 من 3000 إلى 5000 مللي أمبير 500 إلى 2000
26650

 

ليثيوم ايون 26 65 مم × مم 3.6 5000 mAh 1500
18500 ليثيوم ايون 18 50 مم × مم 3.6 من 1500 إلى 2200 مللي أمبير 300
14500

 

ليثيوم ايون 14 50 مم × مم 3.6 من 600 إلى 1600 مللي أمبير 300 إلى 500

 

18650 التطبيقات المشتركة

إن السعة العالية وكثافة الطاقة لبطاريات 18650 مقارنة بحجمها، تجعلها مناسبة للأجهزة المدمجة بالإضافة إلى حزم الطاقة المحمولة للتخزين والنقل. ومن ثم، تنتشر تطبيقات بطاريات 18650 عبر التنقل والاتصالات والحوسبة وتخزين الطاقة والأدوات الآلية والألعاب. القائمة التمثيلية هي كما يلي:

  • سيارات كهربائية
  • دراجات كهربائية
  • أدوات كهربائية تعمل بالبطارية
  • طائرات بدون طيار
  • الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة
  • ألعاب كهربائية
  • مشغلات MP3/MP4 وسماعات الرأس.
  • باور بانك.
  • الألعاب والأدوات المنزلية.

18650 عملية تصنيع البطارية

يمكن تقسيم عملية التصنيع التقليدية لبطاريات الليثيوم أيون إلى 3 مراحل، وهي:

  • إعداد القطب
  • تجميع الخلية
  • تفعيل الكيمياء الكهربائية للبطارية

كل مرحلة من هذه المراحل تحدث في عدة خطوات موضحة في الشكل 2  والموصوفة أدناه:

خلط الطين

هذه هي الخطوة الأولى لإعداد القطب. هنا، يتم خلط المكونات النشطة لكل قطب كهربائي، جنبًا إلى جنب مع المواد المضافة والموثقات والمذيبات المناسبة لتكوين ملاط ​​موحد. وفي حالة البطاريات 18650، فإن مكونات الكاثود هي أكسيد الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت، المذابة في مذيب عضوي. مادة طلاء الأنود هي الجرافيت المذاب في وسط مائي. عادة، الكواكب خلاطات تستخدم لتحضير الملاط الموحد للإنتاج على نطاق واسع

تتبيلة

يتم بعد ذلك ضخ كل ملاط ​​إلى آلة طلاء، حيث يتم طلاء مجمعات الأنود والكاثود الحالية بالمكونات النشطة الخاصة بها. مجمع الكاثود عبارة عن شريط من الألومنيوم بينما مجمع الأنود عبارة عن شريط نحاسي. كلا الجانبين من كل شريط مطلي. عادة، يبلغ سمك شريط الألومنيوم 20 ميكرون، في حين يبلغ سمك رقائق النحاس 10 ميكرون. سمك الكاثود والأنود النموذجي بعد طلاء الجانب المزدوج هو 125 ميكرون و 126 ميكرون على التوالي. سمك الطلاء يعتمد على تكوين خليط القطب.

اﻟﺘﺠﻔﻴﻒ

بعد الطلاء، تصبح شرائح الأقطاب الكهربائية مبللة، لذا يجب تجفيفها. يتم تغذية الشرائط المبللة بواسطة نظام الأسطوانة إلى المجفف. هنا يتم تبخير المذيبات ونقلها إلى قسم استعادة المذيبات. لاحظ أن عملية التجفيف هذه تهدف إلى تبخير المذيبات، وتأتي عملية التجفيف الفراغي الرئيسية لاحقًا.

المذيبات الانتعاش

يتم استخلاص المذيب العضوي السام والمكلف من أبخرة المجفف عن طريق التكثيف ثم التقطير. بعد هذه الخطوة، يتم إرسال شرائح القطب الكهربائي الجافة والمغلفة للتقويم.

الصقل

الصقل هو عملية ضغط يتم فيها ضغط الشرائط المطلية بين بكرات عند درجة حرارة وضغط محددين. يتم ذلك لضمان توزيع متجانس للمسام وزيادة قوة الالتصاق بين مواد طلاء القطب الكهربائي ومجمعات التيار المعدني.

الحز

بعد الصقل، يتم قطع شرائح القطب الكهربائي إلى عرض الخلية المحدد في آلة الحز. آلات الحز التقليدية مجهزة بشفرات أو أزاميل قابلة للتعديل لهذا الغرض.

الشكل 2: عملية التصنيع النموذجية لبطارية ليثيوم أيون 18650
تجفيف الفراغ

عملية التجفيف التقليدية يتم ذلك تحت فراغ عند تسخين 60 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية لأكثر من اثنتي عشرة ساعة مع خيار غاز خامل إمداد. تضمن إزالة الرطوبة تقليل التفاعلات الجانبية والتآكل. ومن ثم يتم التحقق من مستويات الرطوبة في الأقطاب الكهربائية بعد التجفيف. بهذه الخطوة، تصبح الأقطاب الكهربائية جاهزة للمرحلة التالية وهي تجميع الخلية.

لف

يتم إنجاز التكوين الأسطواني متعدد الطبقات لبطارية 18650 في هذه الخطوة. يتم لف شرائط الأنود والكاثود بالإضافة إلى الشريط الفاصل المتداخل في آلة خاصة تحافظ على الدقة التوترات المتعرجة ومحاذاة الرقائق. إذا كان شد الملف صغيرًا، فسوف يؤثر على المقاومة الداخلية ومعدل دخول الغلاف. من السهل أن يؤدي التوتر الزائد إلى حدوث ماس كهربائي أو خطر كسر القطب الكهربائي.

الشكل 3: بطارية 18650 بعد اللف واللحام

لحام

في هذه الخطوة، يتم لحام شرائح معدنية تسمى Tabs بلفات الأنود والكاثود. هذه هي الوصلات التي تتدفق فيها الكهرباء بين الدائرة الخارجية وأقطاب البطارية. هذه خطوة صعبة، لأن الضرر الناتج عن اللحام يمكن أن يؤدي إلى تلف الخلية. يمارس اللحام بالمقاومة على نطاق واسع. كما يتم استخدام اللحام بالموجات فوق الصوتية، وهو أكثر تكلفة بكثير، من قبل بعض الشركات المصنعة. الشكل 3 يصور خلية 18650 نموذجية، بعد اللف واللحام.

أرفق

بعد اللف واللحام، يتم وضع كل لفة أسطوانية في غلافها الفولاذي. الغلاف مملوء بالكهرباء ومختوم. تتم عملية حقن الإلكتروليت تحت فراغ في جو غاز خامل. يجب أن يكون تركيز الأكسجين أقل من 10 جزء في المليون لمنع أكسدة القطب الكهربائي. يتم بعد ذلك إغلاق الغلاف بواسطة اللحام بالليزر لإكمال تصنيع الخلية.

التكوين/الشيخوخة

وعلى الرغم من أن الخلايا قد تم تجميعها، إلا أنها ليست جاهزة بعد للشحن. وذلك لأنه يجب تنشيط أقطابهم الكهربائية. ويجب أن تخضع لدورات شحن وتفريغ متعددة ذات معدل منخفض، لتكوين أفلام واقية على أسطح الأقطاب الكهربائية. يتكون الفيلم، المسمى بطبقة SEI، من تحلل الإلكتروليت وترسيبه على سطح القطب. هذه الخطوة تسمى خطوة التكوين. يتم توليد بعض الغازات والتي يجب إزالتها. بعد الانتهاء من دورات التكوين، يتم تخزين الخلايا على أرفف قديمة من أجل ترطيب الإلكتروليت الكامل وتثبيت SEI. بعد الشيخوخة والتفريغ النهائي، تكون الخلايا جاهزة للتعبئة والشحن. يتم إجراء فحوصات الجودة قبل التعبئة للتأكد من أن المنتجات مطابقة للمواصفات المطلوبة.

كيفية اختبار جودة 18650؟

اختبارات الجودة الروتينية للتحقق من مواصفات البطارية الاسمية الواردة في أوراق بيانات البطارية موضحة أدناه. ستحتاج التطبيقات المحددة مثل السيارات الكهربائية إلى العديد من الاختبارات الأكثر صرامة. يتم اختيار عينات عشوائية للاختبار من كل دفعة.

  • الفحص البصري: عدم وجود عيوب مثل الخدش العميق أو التشقق أو الصدأ أو تغير اللون أو التسرب.
  • فحص البعد: دقة القطر والطول المطلوب فحصهما.
  • اختبار طاقة البطارية (الطاقة): يتم قياس ذلك من خلال اختبارات الشحن والتفريغ القياسية. يتضمن الشحن القياسي الشحن بتيار ثابت قدره 0.5 درجة مئوية وأيضًا عن طريق الشحن بجهد ثابت قدره 4.2 فولت مع تيار مستدق، ويتوقف أخيرًا عند 50 مللي أمبير. يتضمن التفريغ القياسي التفريغ عند تيار ثابت قدره 0.2C، حتى الوصول إلى جهد 2.50V.
  • اختبار الشحن/التفريغ العالي: معدل الشحن في هذه الحالة هو عند تيار ثابت قدره 0.5 درجة مئوية حتى جهد 4.20 فولت، وتيار نهائي يبلغ 50 مللي أمبير. يتم بعد ذلك تفريغ الخلايا عند تيار ثابت قدره 0.5 درجة مئوية حتى جهد منخفض يبلغ 2.50 فولت. يتم استراحة الخلايا لمدة 10 دقائق بعد الشحن و20 دقيقة بعد التفريغ.
  • دورة الحياة: يتم شحن الخلايا وتفريغها وفقًا لاختبار التصريف العالي لمدة 500 دورة. يتم تعريف الدورة على أنها شحنة واحدة وتفريغ واحد. 501stيجب أن تكون طاقة التفريغ أكبر من 70 بالمائة من طاقة البطارية الأولية.
  • اختبار التخزين: يتم شحن الخلايا بمعدل قياسي وتخزينها في بيئة يمكن التحكم في درجة حرارتها عند 23ºج ± 2ºج لمدة 30 يوما. بعد التخزين، يتم تفريغ الخلايا بالمعدل القياسي. يجب أن تكون الطاقة المتبقية أكبر من 90 بالمائة من الطاقة الأولية.
  • اختبار درجة الحرارة العالية: يتم شحن الخلايا بمعدل قياسي وتخزينها في بيئة يمكن التحكم في درجة حرارتها عند 60 درجةºج لمدة أسبوع واحد. بعد التخزين، يتم تفريغ الخلايا بمعدل قياسي ثم يتم تدويرها لمدة 1 دورات للحصول على الطاقة المستردة. يجب أن تكون نسبة استعادة الطاقة أكبر من 3 بالمائة.
  • اختبار السقوط: يتم شحن الخلايا بمعدل قياسي ويتم إسقاطها على أرضية خشبية من ارتفاع 1.0 متر. يتم تنفيذ ما مجموعه 3 قطرات، تضم قطرتين من كل محطة خلية وقطرة واحدة من جانب غلاف الخلية. لا ينبغي أن يكون هناك أي تسرب أو ارتفاع في درجة الحرارة.

18650 NMC سلامة البطارية

يستخدم الكثير منا هذه البطاريات لأجهزتنا الكهربائية والإلكترونية المحمولة أو الأدوات المنزلية والألعاب. نظرًا لأن بطاريات الليثيوم أيون يمكن أن تشتعل بسبب التفاعلات الكيميائية الجامحة، فيجب مراعاة احتياطات السلامة العامة التالية.

  • لا تستخدم البطاريات التالفة بشكل واضح
  • تأكد من توصيل الأطراف الموجبة والسالبة بشكل صحيح في الشاحن.
  • تأكد من تخزين البطارية في منطقة جافة بعيدًا عن الحرارة أو أشعة الشمس المباشرة.
  • احفظ البطارية بعيدًا عن متناول الأطفال أو الحيوانات الأليفة. كن حذرًا بشكل خاص مع الألعاب، ولا تدع الأطفال يلعبون بالألعاب التي تعمل بالبطارية دون إشراف.
  • استخدم فقط الشاحن الموصى به.
  • لا تخلط بين المواصفات المختلفة أو البطاريات القديمة والجديدة لجهازك.
  • لا تقم بتقصير دائرة البطارية باستخدام سلك أو أي مادة موصلة.
  • قم دائمًا بشراء بطاريات الليثيوم أيون المحمية. هذه لديها حماية يحمل في ثناياه عوامل ضد المشتركة. المخاطر، مثل الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والدائرة القصيرة/التيار الزائد، ودرجة الحرارة.

كيفية تخزين 18650 خلية

عندما يتعين تخزين 18650 بطارية بكميات كبيرة أو مصادر طاقة ثابتة كبيرة، فإن الخطر الأكبر هو الحريق غير المنضبط. الاحتياطات النموذجية للتخفيف من مخاطر الحريق هي كما يلي:

  • قم بإجراء فحوصات بصرية متكررة للبطاريات بحثًا عن علامات التلف
  • يجب أن تكون غرف التخزين جافة وباردة وجيدة التهوية وخالية من مستويات الرطوبة العالية.
  • لا تقم بتخزين المواد القابلة للاشتعال أو القابلة للاشتعال في مكان قريب.
  • أبعد الأشياء الحادة والمواد الموصلة للكهرباء عن البطاريات.
  • التأكد من تدريب الموظفين بشكل كامل على إجراءات الطوارئ
  • يجب أن يكون الموظفون على دراية بالاحتياطات الخاصة في التعامل مع الحرائق التي تنطوي على بطاريات الليثيوم أيون.
  • تتوفر خزانات تخزين البطاريات المعدنية الخاصة أو أكياس السلامة المقاومة للحريق ويجب استخدامها.
  • يجب أن تحتوي منطقة التخزين على نظام مناسب للكشف عن الدخان والذي يوفر تحذيرًا مناسبًا لشاغلي المبنى الآخرين
  • الحد من حجم مناطق التخزين، ولا تقم بتخزين أي شيء آخر في نفس المنطقة.
  • توفير نظام غمر عامل إطفاء ثابت مناسب.
انتقل إلى الأعلى