Der Unterschied zwischen 21700- und 18650-Zellen bei der Herstellung von Lithium-Batteriepacks

Bei der Herstellung von Lithiumbatterien haben sich zwei zylindrische Zellformate - 18650 und 21700 - als Standard für Hochleistungsakkus durchgesetzt. Ob in Elektrofahrrädern, Elektrowerkzeugen, Energiespeichersystemen oder Elektrofahrzeugen - diese beiden Zelltypen spielen eine entscheidende Rolle für die Stromversorgung der modernen Welt.

Mit dem technologischen Fortschritt und der steigenden Nachfrage nach höherer Energiedichte stehen die Hersteller nun jedoch vor einer wichtigen Entscheidung: Sollen wir weiterhin die traditionellen 18650er-Zellen verwenden oder auf die leistungsfähigeren 21700er-Zellen umsteigen?

Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Unterschieden, Leistungsvorteilen, Herausforderungen bei der Herstellung und Anwendungstrends von 21700- und 18650-Zellen in der Lithiumbatterie-Produktion.

1. Was sind 18650- und 21700-Zellen?

Die Bezeichnungen "18650" und "21700" beziehen sich auf die physikalischen Abmessungen der zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen:
- 18650er Zelle: 18 mm Durchmesser, 65 mm Länge.
- 21700-Küvette: 21 mm Durchmesser, 70 mm Länge.
Bei beiden handelt es sich um zylindrische Lithium-Ionen-Batterien, die in der Regel Kathodenmaterialien wie LiCoO₂ (LCO), NCM/NCA oder LiFePO₄ (LFP) verwenden. Die Vergrößerung von 18650 auf 21700 ermöglicht jedoch eine erhebliche Steigerung der Energiekapazität und der Effizienz.

2. Vergleich von Kapazität und Energiedichte

Eine 21700-Zelle bietet in der Regel eine 35-50% höhere Kapazität als eine 18650-Zelle. In Batterien für Elektrofahrräder oder Energiespeichermodulen werden beispielsweise weniger 21700-Zellen benötigt, um die gleiche Kapazität zu erreichen, was die Konstruktion des Pakets vereinfacht und die Anzahl der Schweißnähte und Verbindungen reduziert.

Eine höhere Energiedichte bedeutet auch eine längere Laufzeit und eine größere Reichweite, was die 21700-Zelle zu einer bevorzugten Wahl für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation und hochwertige eBikes macht.

3. Thermische Leistung und Wärmemanagement

Das Wärmemanagement ist ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von Lithium-Batteriepacks. Obwohl 21700-Zellen mehr Energie speichern, bedeutet ihre größere Größe auch einen größeren Wärmestau, wenn sie nicht richtig verwaltet werden.

Moderne Fertigungstechniken wie Präzisionsschweißen, ausgewogene Zellgruppierung und optimierte BMS können diesen Nachteil ausgleichen.

4. Innenwiderstand und Wirkungsgrad

21700-Zellen weisen dank verbesserter Elektrodenkonstruktionen und fortschrittlicher Materialien in der Regel einen geringeren Innenwiderstand auf. Ein geringerer Widerstand verbessert nicht nur die Entladerate, sondern erhöht auch die Ladegeschwindigkeit - ein Vorteil, der bei Elektromobilitätsanwendungen sehr geschätzt wird.

5. Herstellung und Kostenüberlegungen

18650er-Zellen werden seit über einem Jahrzehnt in Massenproduktion hergestellt, was zu ausgereiften Produktionslinien und niedrigeren Kosten geführt hat. 21700-Zellen sind zwar neuer, holen aber schnell auf, da die großen Hersteller ihre Produktionskapazitäten erweitern.

6. Strukturelle Gestaltung und Raumeffizienz

Da 21700-Zellen größer sind, verringert sich die Anzahl der Zellen pro Modul, was zu einer vereinfachten Packungskonstruktion führt. Für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot oder besonderen Designvorgaben, wie z. B. kompakte E-Scooter oder medizinische Geräte, sind die kleineren 18650-Zellen jedoch besser geeignet.

7. Anwendungsszenarien

Sowohl 18650- als auch 21700-Zellen haben etablierte Anwendungen, aber ihre Zielbranchen unterscheiden sich leicht. 18650 ist nach wie vor die erste Wahl für kostensensitive und platzbeschränkte Geräte, während 21700 in Hochleistungsbereichen dominiert.

8. Design von Batteriepacks und BMS-Optimierung

Die Umstellung von 18650er auf 21700er Zellen erfordert ein neues Layout der Batteriemodule und eine Optimierung der BMS-Algorithmen. Mit weniger Zellen werden der Spannungsausgleich und die Temperaturüberwachung überschaubarer, was die Gesamtleistung des Systems verbessert.

9. Umwelt- und Nachhaltigkeitsfaktoren

Weniger Zellen pro Packung bedeuten weniger Materialverbrauch und weniger Abfall. Die höhere Energiedichte der 21700-Zellen unterstützt energieeffiziente Produkte und trägt zu geringeren Kohlenstoffemissionen bei.

10. Herausforderungen bei der Umstellung auf 21700-Zellen

Die Umstellung auf 21700 erfordert die Aufrüstung der Anlagen, die Gewährleistung der thermischen Gleichmäßigkeit und die Anpassung der Lieferketten. Diese Herausforderungen werden jedoch mit Hilfe von Innovationen in der Branche rasch überwunden.

11. Markttrends und Zukunftsaussichten

Der weltweite Markt für Lithiumbatterien entwickelt sich in Richtung höherer Energiedichte, intelligenterer Steuerung und sichererer Chemie. 21700 und neuere Formate wie 4680 werden nach und nach 18650 bei Anwendungen mit großer Kapazität ersetzen, während 18650 weiterhin für kleinere Geräte verwendet wird.

Sowohl 18650- als auch 21700-Zellen haben einzigartige Stärken. 18650 bietet bewährte Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz, während 21700 eine höhere Energiedichte und ein einfacheres Design bietet. Für Hersteller wie Dongguan Yizhan Electronics Technology Co., Ltd. bedeutet die Beherrschung beider Technologien maßgeschneiderte, hochwertige Akkulösungen für verschiedene globale Anwendungen.