钜大LARGE | 点击量:1109次 | 2021年04月07日
都是三元锂离子电池,方形和圆柱有什么不同
由于目前铝塑膜质量和软包电池工艺都非常不成熟,我们暂且不谈。
能量密度比
能量密度比指的是单位重量电池的容量。圆柱形单体按目前国内主流的18650(1.75AH)来算,能量密度比可达215WH/Kg,方形单体按50AH来算能量密度比可达205WH/Kg。系统成组率18650在60%左右,方形在70%左右。(系统成组率可以想象在箱子里面放火腿,方火腿之间的缝隙更小所以系统成组率更高。)
这样算下来18650电池组系统能量密度比约为129WH/Kg,方形电池组系统能量密度比约为143WH/Kg。在未来18650和方形单体能量密度比达到相同的时候,成组率更高的方形锂离子电池组将有更明显的优势。
倍率性
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
充放电倍率=充放电电流/额定容量,倍率越高的电池所支持的充电速度越快。国内制造主流水平能量型电芯18650在1C左右,方形可达1.5-2C左右(需处理好热管理),距离政策目标的3C都还有一些距离。但是方形制造工艺会越来越完善达到既定目标3C是完全有可能的。
循环寿命
1C充1C放的情况下循环2000次,最好的方形电芯的剩余容量仍能达到80%,而最好的18650电芯容量仅剩70%。由此可见,方形电池的循环寿命优于18650电池。
一致性
电芯的一致性是电芯公司最为头痛的事,那对我们应用者来说,电芯数量越多,一致性越难控制。
假设一枚电芯的次品率是十万分之一,圆形电芯电池组由7000根18650组成,方形电芯电池组由250块电芯组成,一块电池组没有次品视为合格。那么圆形电芯电池组的合格率为0.99999^7000=93.2%,
方形电芯电池组的合格率为0.99999^245=99.7%。
当然有关电池一致性的理论知识比这复杂得多,在这里湃客只是举个例子说明使用单体容量更大、数量更少的方形电芯电池组更加有利于控制一致性。
制造成本
制造成本里包含物料成本、设备成本、人工水电场地成本和隐形辅料成本。现在主流公司18650的综合成本可控制在0.5元/WH左右,方形的综合成本大约0.8元/WH。
在新能源汽车产业崛起之前,18650电芯就已经在电子产品,工业设备等各个领域大量应用。但是18650电芯的单体容量比较低,不足以满足电动汽车的要求,所以特斯拉又研发了21700型号。目前来说设备自动化程度高是圆柱公司最能节约人工成本的地方,但圆柱的产销链条已经非常成熟,被压缩的空间几乎已经没有了。
尺寸和电极厚度在方形电芯上来说还有很大进步空间,就尺寸来说越做越大,从最初的20AH到现在50AH的批量产品出现在市场上。容量越大摊到的WH成本越低,所以湃客认为真的到大容量方形量产的时候成本持平圆柱是完全可能的。相信很多关注电动汽车的朋友关于三元锂离子电池不会陌生,大名鼎鼎的特斯拉采用的就是这种电池。而国内的电池巨头比亚迪在过去很长一段时间内一直采用的是磷酸铁锂离子电池,在今年下半年则宣布也将重点发展三元锂离子电池。那么,到底什么是三元锂离子电池?它为何会突然成为动力锂电池的宠儿呢?
三元聚合物锂离子电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂离子电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际要调整。
安全性是重中之重
三元锂离子电池的特点是能量密度大,电压更高,所以同样重量的电池组电池容量更大,车子跑的距离也就更远,速度也能更快。但是其弱点在于稳点性较差,假如内部短路或是正极材料遇水,都会有明火出现。所以一般18650电池都会有一层钢壳保护,由于特斯拉的电池组是由7000块左右的18650电池组合而成,所以,虽然特斯拉给电池组进行了全方位的保护,但是在极端的碰撞事故中,起火隐患还是有的。
之所以这样,原因是两种材料在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在更低的200度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温用途下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过要注意的是,我们提到的是材料,而不是已经成为成品的电池。