钜大LARGE | 点击量：2002次 | 2021年04月07日
详解圆柱三元锂离子电池和方形三元锂离子电池的差别
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。
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
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
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%
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。新能源汽车最核心的技术即为供应能量的电池，续航能力和充电速度则是电池技术发展到今天的瓶颈所在。经过多年发展，锂离子电池的目前的类型有锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂、三元材料等，因能量性能和稀有金属成本的原因，锰酸锂、钛酸锂和钴酸锂离子电池逐渐变为小众选择，而磷酸铁锂和三元锂离子电池则得到更广泛的推广应用。但是这两者有什么差别呢？您的车是那种电池呢？今天我们就聊一聊锂离子电池这点儿事。
三元锂离子电池
三元锂离子电池全称是三元材料电池，一般是指采用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2，NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）三元正极材料的锂离子电池，把镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分比例进行不同的调整，所以称之为三元，包含了许多不同比例类型的电池。从形状上来区分，可分为软包电池、圆柱电池和方形硬壳电池。其标称电压可达到3.6-3.8V，能量密度比较高，电压平台高，振实密度高，续航里程长，输出功率较大，高温稳定性差，但低温性能优异，造价也比较高。
磷酸铁锂离子电池
磷酸铁锂离子电池则是采用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，用铁来做电池原料一来成本低廉，二不含重金属，对环境污染较小，工作电压为3.2V。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，因此在零电压存放时并不会有泄漏，高温条件下或过充时安全性非常高，可快速充电，高放电功率，无记忆效应，循环寿命高，缺点为低温性能差，正极材料振实密度小，能量密度较低，产品的成品率和一致性也饱受质疑。
这两类电池各有所长
高温条件下，三元锂离子电池的三元材料会在200℃时发生分解，出现剧烈的化学反应，释放出氧原子，并在高温用途下极易发生燃烧或爆炸的现象，因此基于安全的考虑，我国工信部在2016年一月，通过特殊发文规定将三元锂离子电池的使用暂时限制在纯电动客车之外。而磷酸锂离子电池的分解温度在800℃，更不容易着火，安全性相对较高。
低温条件下（气温低于-10℃以下），磷酸锂离子电池衰减得非常快，经过不到100次充放电循环，电池容量将下降到初始容量的20%，基本与寒冷地区的使用绝缘了；而三元锂离子电池的低温性能优异，在-30℃条件下可保持正常电池容量，更适应北方低温地区的使用条件。
从制造成本上来看，三元锂离子电池所必需的钴元素在我国储量较少，大部分靠海外进口，受到市场波动影响非常大，所以三元锂离子电池的成本必然居高不下，而磷酸铁锂离子电池所需原材料无需进口，供应充足，价格稳定，成本相对较低。
在实验条件下，磷酸铁锂离子电池循环5000次后，剩余容量为84%，1C（1C表示电池一小时完全放电时电流强度）循环5000次后仍能保持80%以上的初始容量；三元锂离子电池循环3900次后，剩余容量只剩下66%，1C循环2500次后就下降到80%初始容量。相比起来磷酸锂离子电池的循环寿命要远远大于三元锂离子电池。此外，磷酸铁锂离子电池能量密度为120Wh/kg，已经基本达到理论极致，而三元电池的能量密度180Wh/kg，今后还有很大的提升空间。
前景
日本松下、韩国LG化学、三星SDI等多采用三元锂离子电池的技术路线，比如新能源巨头特斯拉就采用了松下的镍钴铝酸锂三元锂离子电池，就是所谓的NCA，在ModelS和ModelX上采用的是松下18650电池组，而最新的MODEL3采用了更大容量的21700圆柱体电池组。
国内的新能源汽车公司在早期源于成本问题，大多采用磷酸铁锂离子电池作为能量来源，如比亚迪等公司则为磷酸铁锂离子电池的主力厂商，推出了秦、唐、宋等众多明星产品，而现如今由于国家关于续航里程等补贴标准的提升，三元锂离子电池市场份额在逐渐提升。
在与磷酸铁锂离子电池的竞争中，三元锂离子电池的安全问题有待提升，这始终是盘桓在汽车公司脑海中的阴影，连特斯拉ModelX这样的技术领先产品，也曾在国内外多次发生电池组起火燃烧的事故。但从长远来看，三元锂离子电池有着磷酸铁锂离子电池不可比拟的高能量密度、耐低温等特性，在新能源汽车发展的未来，三元锂离子电池解决掉安全和成本问题之后，将彻底取代目前磷酸铁锂的市场地位，将成为新能源市场上的大势所趋。
