鉅大LARGE | 點擊量：2205次 | 2019年06月29日
一起來看看圓柱電池相關(guān)的幾個技術(shù)點
與軟包和方形鋰電池比較，18650圓柱形鋰電池，是商業(yè)化最早，出產(chǎn)自動化程度最高，其時本錢最低的一種動力電池。又有Tesla多年夾持，基本保持著與軟包和方形電池三分全國的局勢。從特斯拉宣布Model3選用21700往后，圓柱電池家族也多出了一個明星成員。本文一起來看看圓柱電池相關(guān)的幾個技術(shù)點。下文中不特殊聲明的，圓柱電池就特指18650。
圓柱電池結(jié)構(gòu)
重視一下動力電池就會發(fā)現(xiàn)，圓柱18560電池，是被研討的最多，技術(shù)評論最充沛的電池品種。單體首要由正極，負(fù)極，隔閡，正極負(fù)極集電極，安全閥，過流保護設(shè)備，絕緣件和殼體一起組成。殼體，前期鋼殼較多，其時以鋁殼為主。其間安全閥、PTC如下圖所示。
單體過流保護設(shè)備，每個廠家的規(guī)劃并不相同，根據(jù)對安全性要求的不同，價格要去不同，可以進行定制。一般的安全設(shè)備首要有PTC正溫度系數(shù)電阻和熔斷設(shè)備兩大類。
PTC，當(dāng)出現(xiàn)過大電流，電阻發(fā)熱，溫度堆集更促進PTC阻值的上升，當(dāng)溫度逾越一個閾值往后，陡然增大，相當(dāng)于把毛病電芯從全體回路中隔離開來，防止進一步熱失控的發(fā)生。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
熔斷設(shè)備，原理上便是一個熔絲，遇到過大電流，熔絲熔斷，回路被斷開。
兩種保護設(shè)備的差異在于前者可恢復(fù)，后者的保護是一次性的，一旦毛病發(fā)生，系統(tǒng)有必要認(rèn)為替換問題電芯才華正常作業(yè)。
圓柱電芯特征
圓柱電芯，特別18650，因為其本身結(jié)構(gòu)特征，也因為其型號的標(biāo)準(zhǔn)化，圓柱電芯出產(chǎn)的自動化水平，在3種首要電芯方式中為最高。這就使得高度一致性成為或許，成品率相應(yīng)得到前進。有數(shù)據(jù)顯現(xiàn)，三星、松劣等國外首要廠家良品率可以到達98%，而我國廠商也可以逾越90%。
長處，1）如前面所述，單體一致性較好；
2）單體本身力學(xué)功用好，與方形和軟包電池比較，關(guān)閉的圓柱體，近似標(biāo)準(zhǔn)下，可以獲得最高的彎曲強度；
3）技術(shù)老到，本錢低，但同時，本錢優(yōu)化的空間也現(xiàn)已消耗的差不多；
4）單體能量小，發(fā)生事端時，方式易于操控，但這一點也正在成為它被替代的理由（那句流行的話怎樣講，成就你的也將毀滅你，殺不死你的也必將使你強壯，物同此理?。?/p>
缺陷，1）在電動汽車這個語境中，電池系統(tǒng)的圓柱單體數(shù)量都很大，這就使得電池系統(tǒng)復(fù)雜度大增，不管機構(gòu)仍是處理系統(tǒng)，相關(guān)于其他兩類電池，系統(tǒng)等級的本錢圓柱電池偏高；
2）在溫度環(huán)境不均勻條件下，許多電芯特性異化的概率上升，當(dāng)然，特斯拉之所以在規(guī)劃之初選擇18650，相信只是個無法之選，因為10年前，可以大批量出產(chǎn)的合格動力電池，只要圓柱電池。而電池的安全和熱處理需求，反而是它強壯電控系統(tǒng)的研發(fā)動力。
3）能量密度的上升空間現(xiàn)已很小，2016年的新聞，超威把單體容量做到4050mAh，電芯比能量306Wh/kg，爾后沒有看到更高的記載。在既定空間內(nèi)，只要死磕材料，公認(rèn)是一條難走的路。
Tesila的Model3電池系統(tǒng)帶火了21700
特斯拉Model3全面啟用21700三元鋰電池，敞開了一個圓柱電池前進容量的新階段。特斯拉Model3的21700型電池系統(tǒng)，能量密度在300Wh/kg左右，比本來ModelS運用的18650電池能量密度前進20%以上，單體容量前進35%，系統(tǒng)本錢下降9%左右。
21700相關(guān)廠家和車型
現(xiàn)在國際上可以批量出產(chǎn)21700電池的企業(yè)屈指可數(shù)，除了松下和特斯拉聯(lián)合研發(fā)的21700電池量產(chǎn)外，先前三星SDI也曾展示相關(guān)21700產(chǎn)品，據(jù)了解該產(chǎn)品還沒有進行批量出產(chǎn)。
國內(nèi)21700廠家，新聞材料顯現(xiàn)著手21700的廠家有比克，力神，億緯鋰能，天鵬電源，遠東福斯特，猛獅新能等。
隨著南京金龍和北汽的兩款產(chǎn)品公示，8月16日，國家工信部發(fā)布《道路機動車輛出產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品布告》（第299批）的車輛新產(chǎn)品公示。其間，由南京金龍客車制作有限公司和北汽(常州)汽車有限公司出產(chǎn)的兩款純電動廂式運輸車（型號為NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV），率先搭載了21700三元鋰離子電池。
從18650到21700，怎樣看待升容這件事？
自從網(wǎng)上看到這幅圖，就總想找機會把它放到文章里，原因無他，圖中關(guān)于前進比能量的總結(jié)可以說很全面了。沿著圖中的思路，假如從化學(xué)辦法前進電芯比能量，18650出路并不亮光。
18650鋰離子電池展開面臨的應(yīng)戰(zhàn)，面臨其時人們不斷前進比能量的現(xiàn)狀，假如保持外形標(biāo)準(zhǔn)不變，又要前進能量密度，18650面臨許多應(yīng)戰(zhàn)：
1）新材料如NCA、硅碳等新材料供應(yīng)鏈尚不老到，本錢高，供應(yīng)難以穩(wěn)定，比如更高能量密度的材料811，本身穩(wěn)定性和制程操控間隔量產(chǎn)有段距離，成果便是短期內(nèi)811的18650貴許多，功用卻差不少；
2）新材料制程對環(huán)境要求高，固定資產(chǎn)出資高，能耗巨大；
3）單體電池容量低，PACK成組技術(shù)要求和本錢偏高；
4）單體電芯最多習(xí)慣正單、負(fù)雙極耳結(jié)構(gòu)，并且對能量密度影響較為明顯；
5）高能量密度與高倍率充電同時要求時，規(guī)劃空間很小，18650用523+石墨系統(tǒng)，按新國標(biāo)，1C做到2.4AH已到了規(guī)劃的極限。
更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢，有數(shù)據(jù)如下圖所示，更大標(biāo)準(zhǔn)電芯與18650在極耳規(guī)劃和卷繞曲率兩個角度進行比照，大標(biāo)準(zhǔn)電芯顯現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。
總結(jié)下來，標(biāo)準(zhǔn)從18650前進到21700，獲得好處如下：
1）恰當(dāng)前進能量密度情況下，可以選擇常規(guī)材料，功用穩(wěn)定、性價比高；
2）可以恰當(dāng)進行多極耳機構(gòu)規(guī)劃，下降內(nèi)阻；
3）同樣能量密度下，可以選擇快充特性石墨，改進快充功用；
4）恰當(dāng)添加直徑和高度可以獲得更多的有用體積。
5）單體電芯容量增大，輔佐構(gòu)件份額下降，下降Pack本錢。
而工信部新公布的國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T34013-2017電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)》之中，把本來征求意見稿中只要18650和32650批改成了包括21700在內(nèi)的4個規(guī)格，也算作21700的一個嚴(yán)峻利好了。
可是，前進容量的路徑與小單體等價于安全性高的前期觀點有沖突。小型鋰離子電池（<3Ah）及電池模組（<150Ah）的熱安全性現(xiàn)已有許多較為老到的辦法進行防控，比如參與PTC、引入電流中斷機制或壓力傳感器等。而大型鋰離子單體電池（>6Ah）或模組（>200Ah）的安全性操控問題仍然存在應(yīng)戰(zhàn)。大型動力鋰離子電池比較于小型電池，因為其本身所含能量較高，當(dāng)出現(xiàn)熱安全性問題時，所帶來的成果會更為嚴(yán)峻；因為電池體積的增大，形成電池比表面積的減小然后使得電池單位體積散熱面積的下降。電池內(nèi)部溫度的不一致性也會隨著鋰離子電池的大型化和成組化而出現(xiàn)，這種電池單體之間的溫度差異會使得電池?zé)崾Э匚ｋU添加，然后導(dǎo)致電池出現(xiàn)一系列問題。
一般認(rèn)為，假如廠家掌握更為先進的安全處理技術(shù)，可以讓危險停留在本身系統(tǒng)的可控范圍內(nèi)，就可以對沖掉電池單體帶來的危險。反過來也可以說，運用更大容量的電芯去構(gòu)建系統(tǒng)，理論上是以單體規(guī)劃和電池pack規(guī)劃危險處理技術(shù)水平的前進為條件的。
容量前進帶來的危險和收益，是業(yè)內(nèi)的顯知識，主機廠是否全面接受，愿意為它讓渡必定的安全性，是21700進一步展開的關(guān)鍵一環(huán)，個人覺得，這個需要很長一段時間。而出產(chǎn)21700所需要的設(shè)備的調(diào)整和更新，則遭到設(shè)備供貨商觀點的影響。
圓柱電池的優(yōu)勢大部分的來自于其規(guī)?；?，在21700真正規(guī)模起來之前，還有B級產(chǎn)品處置問題，這種無法降級運用的標(biāo)準(zhǔn)，也是對廠家決計和資金實力的考驗。
單從技術(shù)堆集角度看，18650被企業(yè)和學(xué)術(shù)單位研討多年，有許多揭露數(shù)據(jù)和材料，比如熱處理模型，比如熱失控猜測等等。關(guān)于本身研發(fā)才能還不完善的小企業(yè)來講，也算是一種資源。而21700卻相對空白的多。
關(guān)于21700在未來的展開，利好不少，利空也可以順手羅列。但這都是圓柱電池內(nèi)部比較。假如再考慮方形電池和軟包電池的比賽，21700的大展開或許并不會很快到來。
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