Apa sel baterai 18650?

Baterai 18650 mungkin yang paling serbaguna di antara baterai ion Lithium, mendukung aplikasi mulai dari lampu senter hingga mobil Tesla. Diluncurkan pada tahun 1990-an, baterai ini merupakan baterai veteran di antara baterai Lithium ion. Berdasarkan nomenklatur baterai internasional, angka 18650 mewakili bentuk dan dimensinya. Jadi, 18650 adalah baterai berbentuk silinder dengan diameter 18 mm dan panjang 65 mm.

Siapa yang memulai model baterai ini?

Perusahaan pertama yang memulai produksi komersial baterai 18650 adalah Panasonic. Dari halaman web sejarah perusahaan mereka, Anda dapat melihat bahwa baterai 18650 dikembangkan pada tahun 1994, sebagai respons terhadap permintaan pasar akan baterai isi ulang yang lebih kecil dan ringan. Dibandingkan dengan baterai sekali pakai, baterai Lithium ion ini memberikan kinerja yang unggul karena tegangan tinggi, kepadatan energi dan kapasitas yang lebih tinggi. Baterai 18650 terbukti sukses dan banyak perusahaan lain mulai memproduksi model ini. Selama bertahun-tahun, Panasonic meluncurkan versi 18650 yang lebih baru, dengan peningkatan kapasitas dan kepadatan energi. Pesaing seperti Samsung dan LG Chem serta pendatang baru seperti Enpower dan NanoGraf ikut bergabung dan memperkenalkan versi baterai 18650 mereka. Gambar 1 membandingkan kepadatan energi baterai 18650 yang dibuat oleh berbagai produsen.

18650 vs AA/21700/26650/18500/14500

Sebelum model 18650, baterai pilihan untuk perangkat listrik dan elektronik kecil adalah baterai ukuran AA. Dikembangkan sebelum Perang Dunia Pertama, ukuran ini saat ini tersedia dalam berbagai model sekali pakai dan isi ulang, termasuk jenis Nikel dan Lithium ion. Baterai AA sekali pakai berbasis kimia Seng Karbon atau Alkali sangat diminati untuk digunakan dalam senter, kamera, jam, kalkulator, mainan, dan sejumlah gadget penggunaan sehari-hari lainnya.

Selama tahun 1990-an, produsen baterai lithium ion mengadopsi nomenklatur numerik untuk ukuran baterai. Banyak model yang lebih besar maupun lebih kecil dari 18650 diluncurkan, untuk memanfaatkan booming di pasar elektronik pribadi, perkakas listrik, dan kendaraan listrik. Berbagai baterai lithium ion yang muncul pada waktu itu termasuk 21700/26650/18500/14500. Beberapa ukuran ini telah terus ditingkatkan selama bertahun-tahun. Panasonic 18650 sendiri hadir dalam berbagai macam model. Karena tumpang tindih di segmen pasar mereka, menarik untuk membandingkan 18650 dengan baterai lithium ion lainnya, seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut:

 

Nama	Jenis Kimia	Ukuran (Diameter x panjang)	Tegangan nominal	Kapasitas	Siklus Hidup
AA	Sekali pakai: Seng Karbon, Alkali	14.5 mm x mm 15	1.5	400 hingga 2850 mAh	Tidak berlaku
	Isi ulang: Nikel Kadmium, Nikel Logam Hidrida, Nikel Seng, Lithium ion.	14.5 mm x mm 15	1.2 untuk 3.6	600 hingga 2850 mAh	500 hingga 1000 siklus
18650	lithium Ion	18 mm x mm 65	3.6	2000 hingga 3600 mAh	300 untuk 500
21700	lithium Ion	21 mm x mm 70	3.6	3000 hingga 5000 mAh	500 untuk 2000
26650	lithium Ion	26 mm x mm 65	3.6	5000 mAh	1500
18500	lithium Ion	18 mm x mm 50	3.6	1500 hingga 2200 mAh	300
14500	lithium Ion	14 mm x mm 50	3.6	600 hingga 1600 mAh	300 untuk 500

 

18650 Aplikasi Umum

Kapasitas dan kepadatan energi yang tinggi dari baterai 18650 dibandingkan dengan ukurannya, membuatnya cocok untuk perangkat kompak serta paket daya penyimpanan dan transportasi portabel. Oleh karena itu, penerapan baterai 18650 tersebar di bidang mobilitas, komunikasi, komputasi, penyimpanan daya, gadget bermotor, dan mainan. Daftar perwakilannya adalah sebagai berikut:

• Mobil listrik
• Sepeda Listrik
• Perkakas listrik yang digerakkan oleh baterai
• Drone
• Ponsel, Tablet, dan Laptop
• Mainan Listrik
• Pemutar MP3/MP4 dan headphone.
• Bank Daya.
• Mainan dan gadget rumah tangga.

Proses Pembuatan Baterai 18650

Proses pembuatan baterai Lithium Ion secara konvensional dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:

• Persiapan elektroda
• Perakitan sel
• Aktivasi elektrokimia baterai

Masing-masing tahapan ini terjadi dalam beberapa langkah yang diilustrasikan pada Gambar 2 dan dijelaskan di bawah ini:

Pencampuran Bubur

Ini adalah langkah pertama dalam persiapan elektroda. Di sini, bahan aktif untuk setiap elektroda, bersama dengan aditif, pengikat, dan pelarut yang sesuai dicampur untuk membentuk bubur yang seragam. Dalam kasus baterai 18650, bahan Katoda adalah Litium Oksida, Nikel, Mangan, dan Kobalt, yang dilarutkan dalam pelarut organik. Bahan pelapis Anoda adalah Grafit yang dilarutkan dalam media berair. Biasanya, mixer planet digunakan untuk menyiapkan bubur yang seragam untuk produksi skala besar.

lapisan

Setiap bubur kemudian dipompa ke mesin pelapis, di mana kolektor arus Anoda dan Katoda dilapisi dengan bahan aktif masing-masing. Kolektor Katoda berupa strip Aluminium sedangkan kolektor Anoda berupa strip Tembaga. Kedua sisi setiap strip dilapisi. Biasanya, strip Aluminium memiliki ketebalan 20 mikron, sedangkan foil tembaga memiliki ketebalan 10 mikron. Ketebalan Katoda dan Anoda setelah pelapisan dua sisi biasanya masing-masing adalah 125 mikron dan 126 mikron . Ketebalan lapisan bergantung pada komposisi campuran elektroda.

pengeringan

Setelah pelapisan, strip elektroda menjadi basah sehingga perlu dikeringkan. Strip basah dimasukkan oleh sistem roller ke dalam pengering. Di sini pelarut diuapkan dan dibawa ke bagian pemulihan pelarut. Perhatikan bahwa operasi pengeringan ini adalah untuk menguapkan pelarut. Operasi pengeringan vakum utama dilakukan kemudian.

Pemulihan Pelarut

Pelarut organik yang mahal dan beracun diperoleh dari uap pengering melalui kondensasi yang diikuti dengan distilasi. Setelah langkah ini, strip elektroda yang kering dan dilapisi dikirim untuk kalender.

Kalender

Calendering adalah proses pemadatan di mana strip yang dilapisi ditekan di antara roller pada suhu dan tekanan yang ditentukan. Hal ini dilakukan untuk memastikan distribusi pori yang seragam dan meningkatkan kekuatan adhesi antara bahan pelapis elektroda dan pengumpul arus logam.

Menggorok

Setelah Kalender, strip elektroda dipotong sesuai lebar sel yang ditentukan dalam mesin penggorok. Mesin menggorok konvensional dilengkapi dengan bilah atau pahat yang dapat disesuaikan untuk tujuan ini.

Pengeringan vakum

Proses pengeringan konvensional dilakukan di bawah vakum pada suhu 60°C–150°C selama lebih dari dua belas jam dengan opsi pasokan gas inert . Penghilangan kelembapan memastikan bahwa reaksi samping dan korosi diminimalkan. Oleh karena itu, kadar kelembapan elektroda diverifikasi setelah pengeringan. Dengan langkah ini, elektroda siap untuk tahap selanjutnya yaitu perakitan sel.

Lekok

Pembentukan lapisan silindris multi-lapisan baterai 18650 dilakukan pada langkah ini. Strip Anoda dan Katoda beserta strip pemisah di antaranya dililitkan pada mesin khusus yang menjaga tegangan lilitan dan keselarasan foil yang tepat . Jika tegangan lilitan kecil, hal itu akan memengaruhi resistansi internal dan laju masuk cangkang. Tegangan yang terlalu besar mudah menyebabkan korsleting atau risiko patah elektroda.

Welding

Pada langkah ini, strip logam yang disebut Tab dilas ke gulungan Anoda dan katoda. Ini adalah persimpangan dimana listrik mengalir antara sirkuit eksternal dan elektroda baterai. Ini merupakan langkah yang menantang, karena kerusakan akibat pengelasan dapat merusak sel. Pengelasan resistansi banyak dilakukan. Pengelasan ultrasonik, yang jauh lebih mahal, juga digunakan oleh beberapa produsen. Gambar 3 menggambarkan sel khas 18650, setelah penggulungan dan pengelasan tab.

Melampirkan

Setelah penggulungan dan pengelasan tab, setiap gulungan silinder ditempatkan pada selubung bajanya. Casing diisi dengan elektrolit dan disegel. Proses injeksi elektrolit dilakukan dalam kondisi vakum dalam atmosfer gas inert. Konsentrasi Oksigen harus kurang dari 10 ppm untuk mencegah oksidasi elektroda. Casing tersebut kemudian disegel dengan pengelasan laser, untuk menyelesaikan fabrikasi sel.

Formasi/Penuaan

Meski sel-selnya sudah dirakit, namun belum siap dikirim. Ini karena elektrodanya harus diaktifkan. Mereka harus menjalani beberapa siklus pengisian dan pengosongan dengan kecepatan rendah, untuk membentuk lapisan pelindung pada permukaan elektroda. Film, yang disebut lapisan SEI, dibentuk oleh dekomposisi dan pengendapan elektrolit pada permukaan elektroda. Langkah ini disebut langkah pembentukan. Beberapa gas dihasilkan yang harus dihilangkan. Setelah menyelesaikan siklus pembentukan, sel disimpan di rak tua untuk pembasahan elektrolit lengkap dan stabilisasi SEI. Setelah penuaan dan degassing akhir, sel siap dikemas dan dikirim. Pemeriksaan kualitas dilakukan sebelum pengepakan, untuk memastikan bahwa produk memenuhi spesifikasi yang disyaratkan.

Bagaimana Cara Menguji Kualitas 18650?

Pengujian kualitas rutin untuk memverifikasi spesifikasi nominal baterai yang terdapat pada lembar data baterai dijelaskan di bawah ini. Aplikasi spesifik seperti kendaraan listrik memerlukan pengujian yang lebih ketat. Sampel acak dipilih untuk pengujian dari setiap batch.

• Pemeriksaan Visual: Tidak adanya cacat seperti goresan dalam, retak, karat, perubahan warna atau kebocoran.
• Pemeriksaan Dimensi: Keakuratan diameter dan panjang yang harus diperiksa.
• Uji Energi (Daya) Baterai: Ini diukur dengan uji pengisian dan pengosongan standar. Pengisian standar melibatkan pengisian pada arus konstan 0.5C dan juga dengan mengisi daya pada tegangan konstan 4.2V dengan arus yang meruncing, akhirnya berhenti pada 50 mA. Pelepasan standar melibatkan pemakaian pada arus konstan 0.2C, hingga tegangan 2.50V tercapai.
• Uji Pengisian/Pengosongan Saluran Tinggi: Laju pengisian dalam hal ini adalah pada arus konstan 0.5C hingga tegangan 4.20V, dan arus akhir 50mA. Sel kemudian dibuang pada arus konstan 0.5C hingga tegangan rendah 2.50V. Sel diistirahatkan selama 10 menit setelah pengisian daya dan 20 menit setelah pengosongan.
• Siklus Hidup: Sel diisi dan dikosongkan sesuai dengan uji pengurasan tinggi, selama 500 siklus. Satu siklus didefinisikan sebagai satu pengisian dan satu pengosongan. 501^stdaya pengosongan harus lebih besar dari 70 persen daya baterai awal.
• Uji penyimpanan: Sel diisi dengan kecepatan standar dan disimpan dalam lingkungan dengan suhu terkontrol pada suhu 23^ºC ± 2^ºC selama 30 hari. Setelah penyimpanan, sel-sel dibuang dengan kecepatan standar. Daya sisa harus lebih besar dari 90 persen daya awal.
• Tes Suhu Tinggi: Sel diisi dengan kecepatan standar dan disimpan di lingkungan dengan suhu terkontrol pada suhu 60^ºC selama 1 minggu. Setelah penyimpanan, sel-sel dibuang pada tingkat standar dan kemudian didaur ulang selama 3 siklus untuk mendapatkan daya pulih. Pemulihan daya harus lebih besar dari 80 persen.
• Tes jatuh: Sel diisi dengan tarif standar dan dijatuhkan ke lantai kayu dari ketinggian 1.0 meter. Sebanyak 3 tetes dilakukan, terdiri dari 2 tetes dari masing-masing terminal sel dan 1 tetes dari sisi selubung sel. Seharusnya tidak ada kebocoran atau kenaikan suhu.

Keamanan Baterai 18650 NMC

Banyak dari kita akan menggunakan baterai ini untuk perangkat listrik dan elektronik portabel atau gadget dan mainan rumah tangga. Karena baterai ion litium dapat terbakar karena reaksi kimia yang tidak terkendali, tindakan pencegahan keselamatan umum berikut perlu diingat.

• Jangan gunakan baterai yang terlihat rusak
• Periksa apakah terminal positif dan negatif terhubung dengan benar pada pengisi daya.
• Pastikan baterai disimpan di tempat kering, jauh dari panas atau sinar matahari langsung.
• Jauhkan baterai dari jangkauan anak-anak atau hewan peliharaan. Berhati-hatilah dengan mainan, jangan biarkan anak-anak bermain tanpa pengawasan dengan mainan yang dioperasikan dengan baterai.
• Gunakan hanya pengisi daya yang direkomendasikan.
• Jangan mencampur spesifikasi atau baterai lama dan baru yang berbeda pada perangkat Anda.
• Jangan melakukan hubungan arus pendek pada baterai dengan kawat atau bahan penghantar lainnya.
• Selalu beli baterai Lithium-Ion yang Dilindungi. Ini memiliki perlindungan bawaan terhadap hal-hal umum. bahaya, seperti overcharge, overdischarge, korsleting/arus berlebih, dan suhu.

Cara Menyimpan Sel 18650

Ketika baterai 18650 harus disimpan dalam jumlah besar atau pasokan listrik stasioner yang besar, risiko terbesar adalah kebakaran yang tidak terkendali. Tindakan pencegahan umum untuk mengurangi risiko kebakaran adalah sebagai berikut:

• Lakukan inspeksi visual sesering mungkin pada baterai untuk mencari tanda-tanda kerusakan
• Ruang penyimpanan harus kering, sejuk, berventilasi baik, dan bebas dari tingkat kelembapan tinggi.
• Jangan menyimpan bahan yang mudah terbakar atau mudah terbakar di dekat Anda.
• Jauhkan benda tajam dan bahan konduktif dari baterai.
• Memastikan bahwa staf terlatih sepenuhnya mengenai prosedur darurat
• Staf harus menyadari tindakan pencegahan khusus dalam menangani kebakaran yang melibatkan baterai Lithium-ion.
• Lemari penyimpanan baterai logam atau tas pengaman tahan api tersedia dan harus digunakan.
• Area penyimpanan harus memiliki sistem deteksi asap yang sesuai sehingga dapat memberikan peringatan yang memadai kepada penghuni gedung lainnya
• Batasi ukuran tempat penyimpanan, dan jangan simpan apa pun di tempat yang sama.
• Sediakan sistem banjir bahan pemadam tetap yang sesuai.