鉅大LARGE | 點擊量：2204次 | 2019年06月29日
一起來看看圓柱電池相關的幾個技術點
與軟包和方形鋰電池比較，18650圓柱形鋰電池，是商業化最早，出產自動化程度最高，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的幾個技術點。下文中不特殊聲明的，圓柱電池就特指18650。
圓柱電池結構
重視一下動力電池就會發現，圓柱18560電池，是被研討的最多，技術評論最充沛的電池品種。單體首要由正極，負極，隔閡，正極負極集電極，安全閥，過流保護設備，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。
單體過流保護設備，每個廠家的規劃并不相同，根據對安全性要求的不同，價格要去不同，可以進行定制。一般的安全設備首要有PTC正溫度系數電阻和熔斷設備兩大類。
PTC，當出現過大電流，電阻發熱，溫度堆集更促進PTC阻值的上升，當溫度逾越一個閾值往后，陡然增大，相當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生。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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。
兩種保護設備的差異在于前者可恢復，后者的保護是一次性的，一旦毛病發生，系統有必要認為替換問題電芯才華正常作業。
圓柱電芯特征
圓柱電芯，特別18650，因為其本身結構特征，也因為其型號的標準化，圓柱電芯出產的自動化水平，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，成品率相應得到前進。有數據顯現，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）單體本身力學功用好，與方形和軟包電池比較，關閉的圓柱體，近似標準下，可以獲得最高的彎曲強度；
3）技術老到，本錢低，但同時，本錢優化的空間也現已消耗的差不多；
4）單體能量小，發生事端時，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，物同此理啊）
缺陷，1）在電動汽車這個語境中，電池系統的圓柱單體數量都很大，這就使得電池系統復雜度大增，不管機構仍是處理系統，相關于其他兩類電池，系統等級的本錢圓柱電池偏高；
2）在溫度環境不均勻條件下，許多電芯特性異化的概率上升，當然，特斯拉之所以在規劃之初選擇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的研發動力。
3）能量密度的上升空間現已很小，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，只要死磕材料，公認是一條難走的路。
Tesila的Model3電池系統帶火了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，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%，系統本錢下降9%左右。
21700相關廠家和車型
現在國際上可以批量出產21700電池的企業屈指可數，除了松下和特斯拉聯合研發的21700電池量產外，先前三星SDI也曾展示相關21700產品，據了解該產品還沒有進行批量出產。
國內21700廠家，新聞材料顯現著手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品公示，8月16日，國家工信部發布《道路機動車輛出產企業及產品布告》（第299批）的車輛新產品公示。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，圖中關于前進比能量的總結可以說很全面了。沿著圖中的思路，假如從化學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戰，面臨其時人們不斷前進比能量的現狀，假如保持外形標準不變，又要前進能量密度，18650面臨許多應戰：
1）新材料如NCA、硅碳等新材料供應鏈尚不老到，本錢高，供應難以穩定，比如更高能量密度的材料811，本身穩定性和制程操控間隔量產有段距離，成果便是短期內811的18650貴許多，功用卻差不少；
2）新材料制程對環境要求高，固定資產出資高，能耗巨大；
3）單體電池容量低，PACK成組技術要求和本錢偏高；
4）單體電芯最多習慣正單、負雙極耳結構，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，規劃空間很小，18650用523+石墨系統，按新國標，1C做到2.4AH已到了規劃的極限。
更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢，有數據如下圖所示，更大標準電芯與18650在極耳規劃和卷繞曲率兩個角度進行比照，大標準電芯顯現出明顯優勢。
總結下來，標準從18650前進到21700，獲得好處如下：
1）恰當前進能量密度情況下，可以選擇常規材料，功用穩定、性價比高；
2）可以恰當進行多極耳機構規劃，下降內阻；
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，輔佐構件份額下降，下降Pack本錢。
而工信部新公布的國家標準《GB/T34013-2017電動汽車用動力蓄電池產品規格標準》之中，把本來征求意見稿中只要18650和32650批改成了包括21700在內的4個規格，也算作21700的一個嚴峻利好了。
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戰。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，當出現熱安全性問題時，所帶來的成果會更為嚴峻；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，這種電池單體之間的溫度差異會使得電池熱失控危險添加，然后導致電池出現一系列問題。
一般認為，假如廠家掌握更為先進的安全處理技術，可以讓危險停留在本身系統的可控范圍內，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建系統，理論上是以單體規劃和電池pack規劃危險處理技術水平的前進為條件的。
容量前進帶來的危險和收益，是業內的顯知識，主機廠是否全面接受，愿意為它讓渡必定的安全性，是21700進一步展開的關鍵一環，個人覺得，這個需要很長一段時間。而出產21700所需要的設備的調整和更新，則遭到設備供貨商觀點的影響。
圓柱電池的優勢大部分的來自于其規模化，在21700真正規模起來之前，還有B級產品處置問題，這種無法降級運用的標準，也是對廠家決計和資金實力的考驗。
單從技術堆集角度看，18650被企業和學術單位研討多年，有許多揭露數據和材料，比如熱處理模型，比如熱失控猜測等等。關于本身研發才能還不完善的小企業來講，也算是一種資源。而21700卻相對空白的多。
關于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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