リチウム電池パック製造における21700セルと18650セルの違い

リチウム電池製造の分野では、18650と21700という2つの円筒形セル形式が、高性能電池パックの最も広く認知された規格となっている。電動自転車、電動工具、エネルギー貯蔵システム、電気自動車のいずれに使用されるかにかかわらず、これら2つのセル・タイプは、現代世界の動力源として重要な役割を果たしています。

しかし、技術が進歩し、より高いエネルギー密度への需要が高まるにつれ、メーカーは今、重要な決断に直面している：従来の18650セルを使い続けるべきか、よりパワフルな21700セルにアップグレードすべきか。

この記事では、リチウム電池パック製造における21700セルと18650セルの主な違い、性能上の利点、製造上の課題、アプリケーションの傾向について説明する。

1.18650と21700セルとは？

18650」と「21700」という名称は、円筒形のリチウムイオンセルの物理的寸法を指している：
- 18650セル：直径18mm、長さ65mm。
- 21700セル：直径21mm、長さ70mm。
どちらも円筒形のリチウムイオン電池で、一般的にLiCoO₂（LCO）、NCM/NCA、LiFePO₄（LFP）などの正極材料を使用している。しかし、18650から21700へのサイズアップは、エネルギー容量と効率の大幅な向上を可能にする。

2.容量とエネルギー密度の比較

21700セルは通常、18650セルより35-50%高い容量を提供する。例えば、電動自転車用バッテリーやエネルギー貯蔵モジュールでは、同じ容量を達成するために必要な21700セルの数が少なくなり、パックの設計が簡素化され、溶接や接続の数が減ります。

エネルギー密度が高いということは、走行時間が長く、航続距離が長いということでもあり、21700セルは次世代EVやハイエンドのeBikeに好まれる選択肢となっている。

3.熱性能と熱管理

熱管理は、リチウム・バッテリー・パックの設計において極めて重要な要素です。21700セルはより多くのエネルギーを蓄えますが、サイズが大きいため、適切に管理されないと熱の蓄積も大きくなります。

精密溶接、バランスの取れたセルグルーピング、最適化されたBMSといった最新の製造技術は、この欠点を相殺することができる。

4.内部抵抗と効率

21700セルは、改良された電極設計と先端材料のおかげで、一般的に内部抵抗が低くなっています。低抵抗は放電速度を向上させるだけでなく、充電速度も向上させる。

5.製造とコストに関する考察

18650セルは10年以上前から大量生産されており、成熟した生産ラインと低コストを実現している。21700セルは新しいが、大手メーカーが生産能力を拡大したため、急速に追いついている。

6.構造設計とスペース効率

21700セルはより大きいため、モジュールあたりのセル数が減少し、パック構造の簡素化につながる。しかし、コンパクトなeスクーターや医療機器など、スペースが限られていたり、特定の設計上の制約があるアプリケーションでは、より小型の18650セルの方が適していることに変わりはない。

7.応用シナリオ

18650セルと21700セルはどちらも確立された用途を持つが、ターゲットとする業界は若干異なる。18650はコスト重視でスペースが限られたデバイスの主流であり続け、21700は高性能分野を支配している。

8.バッテリーパックの設計とBMSの最適化

18650セルから21700セルに切り替えるには、バッテリーモジュールのレイアウトを再設計し、BMSアルゴリズムを最適化する必要があります。セル数が減ることで、電圧バランシングと温度モニタリングがより管理しやすくなり、システム全体のパフォーマンスが向上します。

9.環境および持続可能性要因

パックあたりのセル数が少ないということは、材料消費と廃棄物の削減を意味する。21700セルの高いエネルギー密度は、エネルギー効率の高い製品をサポートし、二酸化炭素排出量の削減に貢献します。

10.21700セルへの移行の課題

21700への移行には、装置のアップグレード、熱均一性の確保、サプライチェーンの調整が必要である。しかし、こうした課題は業界の技術革新によって急速に克服されつつある。

11.市場動向と将来展望

世界のリチウム電池市場は、より高いエネルギー密度、よりスマートな制御、より安全な化学へと移行している。21700と4680のような新しいフォーマットは、大容量アプリケーションで18650に徐々に取って代わります。

18650セルと21700セルはどちらも独自の強みを持っています。18650は実証された信頼性とコスト効率を提供し、21700は優れたエネルギー密度と簡素化された設計を提供します。Dongguan Yizhan Electronics Technology Co., Ltd.のようなメーカーにとって、両方の技術をマスターすることは、多様なグローバル・アプリケーション向けにカスタマイズされた高品質のバッテリーパック・ソリューションを保証します。