Типоразмер 21700

Типоразмер 21700 — это стандартизированный форм-фактор цилиндрического литий-ионного аккумулятора, имеющий диаметр 21 мм и длину 70,0 мм. Относится к классу крупноформатных элементов питания, занимая промежуточное положение между распространёнными типоразмерами 18650 (18×65 мм) и 26650 (26×65 мм). Аккумуляторы 21700 используются в электроинструменте, электромобилях, системах накопления энергии и портативной электронике.

История

Разработка типоразмера 21700 была инициирована компанией Tesla (организация не признана экстремистской в РФ) в середине 2010-х годов. В 2017 году компания совместно с Panasonic начала производство элементов 21700 на заводе Gigafactory 1 в Неваде (США) для электромобилей Tesla Model 3. Выбор данного форм-фактора был обусловлен необходимостью увеличения энергоёмкости и снижения стоимости батарейных блоков по сравнению с используемыми ранее элементами 18650.

С 2018 года типоразмер начал активно внедряться другими производителями: Samsung SDI (модель 50E), LG Chem (M50), Murata (VTC6A), а также китайскими компаниями EVE Energy, Lishen и BAK. К 2020 году 21700 стал одним из наиболее массовых типоразмеров в сегменте высокоёмких цилиндрических аккумуляторов.

Характеристики и конструкция

Геометрические параметры

• Диаметр: 21,0 ± 0,2 мм
• Высота: 70,0 ± 0,3 мм
• Масса: 65–75 г (зависит от ёмкости и химии)

Электрохимические параметры (типичные для современных моделей)

• Номинальное напряжение: 3,6–3,7 В
• Диапазон рабочих напряжений: 2,5–4,2 В
• Ёмкость: 4000–5000 мА·ч (для стандартных вариантов), до 6000 мА·ч (для высокоёмких)
• Максимальный ток разряда: 15–35 А (для high-power моделей)
• Удельная энергия: 250–280 Вт·ч/кг
• Удельная мощность: до 1000 Вт/кг

Конструктивные особенности

• Корпус: стальной или алюминиевый цилиндр с изолирующей оболочкой (полимерная плёнка).
• Полярность: положительный контакт — плоская или выпуклая площадка на торце; отрицательный — весь корпус.
• Внутреннее устройство: рулонная конструкция (jelly-roll) с сепаратором, анодом (графит, кремний-графит) и катодом (NMC, NCA, LFP, LCO).
• Клапан сброса давления: встроен в верхнюю крышку для предотвращения взрыва при перегреве.
• PTC-термистор: некоторые модели оснащены термопредохранителем для защиты от короткого замыкания.

Классификация

По химии катода

• NMC (никель-марганец-кобальт): наиболее распространённый тип, обеспечивает высокую энергоёмкость и мощность. Используется в электромобилях и инструменте.
• NCA (никель-кобальт-алюминий): применяется в батареях Tesla, обладает высокой плотностью энергии, но меньшим сроком службы.
• LFP (литий-железо-фосфат): обеспечивает повышенную безопасность и длительный цикл жизни (до 5000 циклов), но имеет меньшую удельную энергию (160–180 Вт·ч/кг).
• LCO (литий-кобальт-оксид): редко встречается в типоразмере 21700 из-за низкой термической стабильности.

По назначению

• Высокоёмкостные (High Energy): ёмкость 4500–5000 мА·ч, ток разряда до 10 А. Предназначены для портативных устройств, фонарей, резервного питания.
• Высокотоковые (High Power): ёмкость 3000–4000 мА·ч, ток разряда 20–35 А. Используются в электроинструменте, дронах, мощных фонарях.
• Универсальные (Hybrid): баланс между ёмкостью и током, например 4000 мА·ч при 15 А.

Применение

Электромобили

Типоразмер 21700 стал основным для батарейных блоков Tesla Model 3 и Model Y (до 2023 года). Один блок содержит 4416 элементов (96 последовательно, 46 параллельно), обеспечивая запас хода до 500 км. Также используется в электромобилях китайских брендов (BYD, NIO) и в коммерческом транспорте.

Электроинструмент

Многие производители аккумуляторного инструмента (Bosch, Makita, DeWalt, Milwaukee) перешли на 21700 в своих аккумуляторных платформах 18 В и 36 В. Элементы этого типоразмера позволяют увеличить ёмкость на 30–50 % по сравнению с 18650 без увеличения габаритов корпуса.

Системы накопления энергии (СНЭ)

В стационарных накопителях (Powerwall, резервные системы) 21700 используется из-за высокой плотности энергии и возможности масштабирования. Модули на 21700 применяются в домашних и промышленных СНЭ.

Портативная электроника

• Мощные фонари (тактические, дайверские, поисковые)
• Электронные сигареты и вейпы
• Переносные зарядные станции (power banks)
• Дроны и радиоуправляемые модели

Военная и специальная техника

Элементы 21700 используются в аккумуляторах для приборов ночного видения, радиостанций, портативных радаров и беспилотных летательных аппаратов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая удельная энергия: до 280 Вт·ч/кг, что на 20–30 % больше, чем у 18650.
• Увеличенная ёмкость: 4000–5000 мА·ч против 2500–3500 мА·ч у 18650.
• Снижение количества элементов в батарейном блоке: для достижения той же ёмкости требуется меньше ячеек, что упрощает сборку и снижает стоимость.
• Хорошая термическая стабильность: благодаря большей массе и площади поверхности.
• Стандартизация: совместимость с большинством современных зарядных устройств и держателей.

Недостатки

• Большие габариты: не подходит для компактных устройств (смартфоны, планшеты).
• Более высокая стоимость: по сравнению с 18650 при одинаковой ёмкости.
• Ограниченная доступность: некоторые модели (например, Samsung 50E) подвержены дефициту.
• Требования к защите: при неправильной эксплуатации (короткое замыкание, перегрев) возможен взрыв или возгорание.

Безопасность

Аккумуляторы 21700, как и другие литий-ионные элементы, требуют соблюдения мер безопасности:

• Использование только сертифицированных зарядных устройств.
• Защита от механических повреждений и короткого замыкания.
• Контроль температуры (рабочий диапазон: 0–45 °C при заряде, -20–60 °C при разряде).
• Утилизация в соответствии с экологическими нормами.

Производители

Наиболее известные производители элементов 21700:

• Panasonic (Япония) — совместно с Tesla, модели NCR21700A, NCR21700B.
• Samsung SDI (Южная Корея) — 50E, 48G, 40T.
• LG Chem (Южная Корея) — M50, M50T.
• Murata (Япония) — VTC6A, VTC7.
• EVE Energy (Китай) — 50E, 40P.
• Lishen (Китай) — LR2170SA, LR2170SF.
• BAK (Китай) — N21700CG-50.

Сравнение с другими типоразмерами

Будущее типоразмера

С 2023 года наблюдается тенденция к переходу на более крупный типоразмер 4680 (46×80 мм), разработанный Tesla для нового поколения электромобилей. Однако 21700 продолжает оставаться востребованным в инструменте, портативной электронике и СНЭ благодаря отработанной технологии и доступности. Ведутся работы по повышению ёмкости (до 6000 мА·ч) и увеличению срока службы (до 2000 циклов) за счёт использования кремний-графитовых анодов и твёрдотельных электролитов.

Источники

• Tesla, Inc. (2017). «Tesla Model 3 Battery Pack».
• Panasonic Corporation. (2018). «NCR21700A Product Specification».
• Samsung SDI. (2020). «INR21700-50E Datasheet».
• LG Chem. (2019). «M50 21700 Cell Technical Data».
• Buchmann, I. (2021). «Batteries in a Portable World» (4th ed.).
• ГОСТ Р 58183-2018. «Аккумуляторы литий-ионные цилиндрические. Общие технические условия».